Brevet FR2767077A1 — publié le 19990212

- TITRE Cuves alimentaires en acier inoxydable à état de surface intérieur ayant subit un traitement de surface par microbillage. 2- DESCRIPTION Le domaine technique de l'invention concerne: - le procédé de traitement de surface par microbillage - les cuves alimentaires en acier inoxydable - les problèmes de nettoyage de ces cuves en vue de désincruster les sels cristallins des parois intemes. Problème techniaue Dosé état antérieur de la technique: Les sels cristallins d'origine bioorganique ( sels tartriques, phosphates de calciuml...etc) cristallisent en maille d'arête de taille de l'ordre de l'angströem (1 à 15 A). Il se forme lors de la conservation des liquides alimentaires un édifice cristallin trés incrusté sur les parois intemes des cuves, incrustation qui a lieu par un processus de germination croissance des cristaux dans les microfissures de l'état de surface. Les aciers inoxydables de type 316 et 304 utilisés en cuverie ont un état de surface Ra:5,um et Rm:0,3,um caractérisé par une finition laminée à froid 2B. Cet état de surface est particulièrement sensible aux incrustations de cristaux. Pour enlever ces cristaux, il est actuellement proposé une méthode curative qui consiste à dissoudre les sels cristallins par aspertion de soude concentrée dans les cuves. L'utilisation de soude concentrez en cuverie alimentaire pose des problèmes de type écologiques, ergonomiques, financiers et parfois temporels. Les cuves ici présentées agissent à titre préventif en empèchant les incrustations de cristaux. Solutions apportées par l'invention: L'obtention d'un état de surface sans microfissures (qui sont généralement de laminage) permet de limiter les phénomènes de nucléation - croissance des cristaux. II s'en suit une faible incrustation de ces cristaux qui peuvent être décrochés par jet d'eau. L'intérêt est à plusieurs niveaux: Ecologique: ( suppression des effluents et des rejets de soude concentrée). Ergonomique: ( I'aspertion en cuve de cette soude concentrée est toxique et dangereuse pour le manipulateur). . Economique: ( on réalise un gain sur l'achat de la soude, sur l'usure du matériel de cuverie soumis à forte attaque chimique et sur le temps passé au nettoyage des cuves). . Sanitaire: ( les microcavités peuvent loger des bactéries, levures, et retiennent les dextranes, difficilement nettoyables, en outre on évite les risques de résidus alcalins dans les liquides alimentaires. EXPOSE DE DESCRIPTION DETAILLE: L'état de surface de la paroi intérieure de la cuve La présente invention concerne la finition de surface intérieure des cuves en acier inoxydable contenant les liquides alimentaires. Les parois internes des cuves subissent un traitement de surface par microbillage. Le microbillage est l'action de projetter des microsphères de verre, de céramique ou d'acier sur la surface de l'acier pour lui conférer un état de surface spécifique. Cet état de surface doit avoir la propriété de faciliter le décrochage des incrustations de sels cristallins ou de les éviter. La surface des aciers inoxydables de cuverie, de type 316 ou 304 est traditionnellement finie par laminage à froid. L'état de surface révèlé par microscopie électronique à balayage de prélèvement d'échantillon de tôle finie 2B (doc 1), est caractérisé par un ensemble de facettes écrouïes et planes, entourées de microfissures plus ou moins larges et organisées en réseau. Ces microfissures font d'après la microscopie électronique 0,1 à 10 pm de largeur et d'aprés l'image de surfascan (doc 3)* environ 10 pm de profondeur. On comprend dès lors que ces microfissures sont les foyers de rétention où se logent les cristaux. Un état de surface approprié pour éviter de telles incrustations, ne doit pas présenter de telles microfissures. Ainsi, aprés impact de microbilles, la surface est remplacée par une multitude d'empreintes qui sont des cavités en calotte sphèrique concaves, et chaque cavité a, en son sein, un état de surface lisse ( doc 2). Les microfissures de laminage ont donc disparu par écrouissage lors de l'impact de la microbille. Le microbillage correspond donc, dans le type de traitement de surface que nous voulons obtenir, à un matage micrométrique de la surface par projection de microsphères. Les cristaux ne trouvent alors plus de sites de rétention lors des phases de germination - croissance, et par ailleurs, les cavités sphèriques d'environ 50pm de diamètre ( doc 2) sur Spm de profondeur ( doc 4)* sont de taille trop importantes pour constituer des sites de germination - croissance puis de rétention puisque ces cavités n'ont pas de microfissures. * II y a lieu pour observer l'image au surfascan de tenir compte de l'anamorphose (différence d'échelle en x, y, et z). Descriotion générale de la cuve: Les cuves alimentaires en acier inoxydable, cuves à vin, cuves à lait, à cidre, ou à bière sont en général de forme cylindrique ou parallélépipèdique. Elles possèdent une partie supérieure en forme de dôme conique centré, ou conique excentré, ou dôme plat. Ce dôme possède une ouverture ou une trappe de forme diverse qui peut servir de remplissage. La base de la cuve est constituée d'un fond plat qui peut étre légèrement incliné vers la trappe (boitard de décantation) de sortie. On observe généralement en bas des parois une ouverture type autoclave de forme ovoïde, de taille suffisante pour qu'un homme puisse passer pour entrer dans la cuve. Les cuves peuvent étre équipées de système de thermorégulation, qui sont ou des serpentins ou des plaques soudées sur la parois extérieures et dans lesquels circule le liquide thermorégulateur. Elles peuvent aussi étre équipées de robinet de prélèvement d'échantillon , de vanne de vidange fixée sur les parois latérales, de sonde et de jauge. Description de la partie intérieure (tout ou en partie microbillée): L'état de surface interieur des parois de la cuve constitue l'originalité de l'invention puisque cet intérieur de cuve subit une finition de traitement de surface par microbillage. Le traitement de surface peut étre effectué sur la totalité des surfaces en présence: fond, dôme et paroi latérale, ou seulement sur les portions de surface sensibles aux incrustations cristallines: parois latérales, zones de joint de soudure d'assemblage de cuve ou de soudure des circuits de thermorégulation et autres accessoires soudés. I'opération de microbillage L'ensemble du dispositif de microbillage doit avoir un système de recyclage des microbilles performant afin d'en maintenir la sphèricité.Les billes peuvent être projettées soit en jet libre soit être aspirée en sortie de buse. Ce dispositif doit en outre être mobile pour être véhiculer dans les cuveries.Ce peut être un système de projection à sucçion (par venturi), ou à surpression. sur site La mise en oeuvre du traitement par microbillage s'effectue à partir d'un échaffaudage érigé dans la cuve. en chaudronnerie et construction de cuve Pour les cuves en construction, il peut être judicieux pour plus de commodité d'effectuer le traitement des tôles avant assemblage, mais on n'omettra pas ensuite en finition, de traiter les zones de soudure. les paramètres de microbillaqe Le paramètre essentiel est la sphéricité des projectiles qui doit être maintenue tout le long du traitement; les brisures et autres fragments doivent être impérativement éliminés afin de ne pas blesser l'état de surface. On préservera la sphèricité des projectiles aucours du traitement en évitant la projection à 904 par rapport au plan de la tôle, ce qui aura pour effet d'éviter les chocs entre les billes incidentes et les billes rebondissantes. On rappelle que l'objectif étant d'obtenir un léger écrouïssage pour modifier l'état de surface, les paramètres énergétiques de projections sont faibles mais la couche de métal plastifié doit être suffisement profonde afin que les microfissures de laminage aient disparu: pression de 1 à 4 bars angle de projection variable de 20 à 80" Les microbilles sont en matériau de constitution non polluante pour la surface à traiter, soit en céramique, soit en verre; Le diamètre des microbilles est variable de quelque dizaines à quelque centaines de micromètres; mais les billes de faible diamètre sont difficilement recyclables, il devient délicat d'en maintenir la sphéricité. Susceptibilité d'application industrielle: Les cuveries en acier inoxydable du secteur agro-alimentaire peuvent être équipées par ce type de cuve où le traitement de surface a été réalisé lors de la construction des cuves. Mais les cuveries déjà existantes peuvent subir le traitement de surface spécifique en vue d'obtenir un nettoyage facilité des incrustations de cristaux, par une intervention sur site. REVENDICATIONS: Obiet de l'invention: Obtention d'un état de surface intérieur des cuves en acier inoxydable alimentaires par microbillage, tel que les incrustations cristallines, lors de la conservation des liquides alimentaires, puissent être facilement décrochées par simple jet d'eau aprés vidange de la cuve. 1") Cuve en acier inoxydable servant de container pour liquides alimentaires caractérisée en ce que la surface intérieure a subi un traitement de surface par microbillage. 2") La paroi intérieure microbillée est caractérisée en ce que sont état de surface a la propriété d'empécher les incrustations de sels cristallins lors de la conservation des liquides alimentaires. 3 ) L'intérieur de la cuve peut être totalement microbillée: les parois latérales Ie fond de cuve Ia face intérieure du dôme 4 ) L'intérieur de cette cuve peut être partiellement microbillée au niveau des zones sensibles et exposées à l'incrustation c'est à dire: les parois latérales les zones de soudures de joints d'assemblage de tôle les zones de soudure d'accessoire d'équipement de la cuve (échangeur thermiques, vannes, robinets de prélèvement, sondes, jauges, ouvertures...etc) les zones intérieures de thermorégulation. 5 ) En vue d'obtenir un matage micrométrique, c'est à dire en vue d'écrouïr les microfissures; le microbillage de l'intérieur de la cuve est effectué selon des paramètres précis: On projette les microbilles sphériques en matière non polluante ( inox, verre, céramique ). Dont le diamètre peut atteindre 300 à 400pm. L'energie cinétique et potentielle doit être suffisante pour que l'impact de la microbille laisse une empreinte sur l'acier telle que les microfissures de laminage aient disparu. L'angle de projection par rapport au plan de la tôle est suffisament incliné pour éviter les chocs entre les billes incidentes et les billes rebondissantes. 6 ) Le traitement de microbillage selon la description peut étre effectué sur des cuves en service par un traitement sur site, ou bien sur des cuves neuves en chaudronnerie avant son installation en cuverie.