Brevet FR2917097A1 — publié le 20081212

Installation de décapage de bandes métalliques, notamment en acier. La présente invention concerne une installation de 5 décapage de bandes métalliques, notamment en acier, et plus particulièrement en acier dit au carbone. On sait que, classiquement, au cours de leur processus d'élaboration, les bandes ou tôles d'acier subissent une opération de laminage à chaud à des 10 températures pouvant atteindre près de 1200 C. Par réaction d'oxydation avec l'air, les bandes ainsi laminées à chaud sont donc recouvertes, en fin de laminage, d'une couche plus ou moins épaisse d'oxydes de fer nommée calamine . Cette calamine doit 15 impérativement être enlevée avant le laminage final à froid, car sinon, d'une part, elle s'incrusterait dans le métal et altérerait considérablement notamment son aptitude à l'emboutissage et son état de surface. D'autre part, la calamine est extrêmement dure et entrainerait 20 une usure très rapide des cylindres de laminage à froid. Aussi, depuis longtemps, on a cherché à assurer un décapage des bandes laminées à chaud. Pour cela on a construit des lignes spécialisées mettant en oeuvre un décapage chimique de ces bandes, les bandes passant en 25 défilement continu dans un ou plusieurs bains successifs d'acide avant d'être rincées, séchées, etc. puis rembobinées ou directement laminées à froid. Au fil des améliorations apportées au procédé, le tonnage annuel de bande ainsi décapée sur une ligne de 30 décapage continue est passé de moins de 200 000 tonnes à plus de 800 000. La recherche de vitesses de décapage toujours plus élevées qui en a résulté, et le développement des procédés de décapage continu couplé avec un laminoir à froid en continu (en anglais : Coupled 35 pickling line & tandem cold mill - PLTCM) a conduit à substituer l'acide sulfurique initialement utilisé par de l'acide chlorhydrique. Ceci a permis d'augmenter les vitesses de décapage de plus de 50%. Conjuguée avec les perfectionnement technologiques apportés dans le défilement et le guidage des bandes, l'augmentation de la vitesse de décapage a permis de multiplier par plus de deux la vitesse de la bande dans la section de décapage. La figure 1 montre une disposition typique de ligne continue de décapage : un ensemble de dérouleurs 1 de bande fonctionnant alternativement déroule la bande à décaper B à travers une cisaille 2 qui coupe la tête de la bande. Cette tête de bande est soudée par une soudeuse 3 à la queue d'une bande précédente engagée dans la ligne et elle-même coupée précédemment par la cisaille 2. Un dispositif d'accumulation 4 permet d'accumuler de la bande puis de la restituer vers l'aval lorsque l'on effectue la soudure, de manière que l'immobilisation de la bande pendant la soudure n'empêche pas la poursuite du défilement en aval de l'accumulateur. La bande passe ensuite au travers d'un dispositif brise oxyde 5 qui a pour but de fragmenter mécaniquement la calamine afin d'accélérer le processus de décapage. Le décapage est réalisé au trempé, en défilement continu de la bande dans des bacs 6 contenant l'acide de décapage. La bande est ensuite rincée dans une unité de rinçage 7 et séchée par un sécheur 8. Un nouveau dispositif d'accumulation 9 permet le défilement continu de la bande dans l'installation de décapage pendant les opérations de coupe par une cisaille 12 qui sectionne la bande e fin de bobine, et de changement d'enrouleur 13. Une cisaille de rives 10 et une huileuse 11 précèdent la cisaille 12. Les différents enrouleurs de l'ensemble d'enrouleurs 13 fonctionnent alternativement pour assurer l'embobinage de la bande décapée. La figure 2 montre un arrangement typique de ligne de décapage en continu couplée avec un laminoir à froid. Les particularités sont la présence de deux dispositifs d'accumulation de bande 4, 4' entourant l'ensemble décapage 6 / rinçage 7 / séchage 8 et la présence en ligne d'un laminoir tandem multi cages 14. Cette disposition évite la double opération de bobinage en sortie de décapage et de re-débobinage en entrée du laminoir. De telles dispositions sont bien connues de l'homme du métier. L'utilisation d'acide chlorhydrique pour le décapage a permis d'assurer de grandes vitesses de décapage, et a donc accompagné le développement de capacité des lignes de décapage en continu. Indépendamment des risques concernant l'hygiène et la santé des opérateurs, le chlorure d'hydrogène disséminé dans une installation, un bâtiment, est capable de se recombiner n'importe où avec l'eau disponible sous forme de buées ou de gouttelettes pour reformer de l'acide chlorhydrique très corrosif et susceptible d'endommager fortement les installations. Cette situation implique un système de contrôle de bain sophistiqué de manière à conserver au plus bas le niveau de production de buées. Elle implique aussi la meilleure étanchéité possible de la couverture des bacs de décapage et de toutes leurs ouvertures afin de limiter l'échappement des buées. Il est aussi résulté de l'accroissement de capacité des lignes de décapage, un accroissement des besoins de régénérer les bains d'acide chlorhydrique, et en conséquence le développement des installations de traitement de ces bains d'acides. Toutes ces installations de prévention des buées acides et de traitement des bains de décapage représentent un coût important, notamment en investissement, qui ne se justifie que par la très grande capacité de production annuelle d'une ligne continue de décapage chlorhydrique. Mais, lorsque les besoins sont moins importants, typiquement lorsque l'objectif de production est inférieur à 800 000 de tonnes par an, il est judicieux de limiter le coût des installations. Pour cela ont été développées, à la place des ligne de décapage en continue, des lignes non continues en particulier celles dites Push-Pull dans lesquelles la bobine de bande d'acier est déroulée en amont du bac de décapage à partir d'une seule dérouleuse et rembobinée en aval sur une seule bobineuse sans nécessité de souder pour assurer le raboutage des d'accumulation de De telles particulièrement bobines donc sans dispositifs bande. lignes de type Push-pull sont bien adaptées aux capacités de production portant sur limitées. Ellesmoyennes ainsi qu'aux carnets de commandes une grande variété de produits en quantités permettent de réduire les coûts de l'installation par rapport à une installation de décapage en continu, notamment en supprimant les accumulateurs de bande et les soudeuses. Toutefois, le coût d'investissement de telles installations reste encore élevé même si on optimise la mécanique de défilement de la bande. La présente invention a donc pour objectif de réduire les coûts d'investissement et d'exploitation des installations de décapage existantes, en particulier pour des capacités de production moyennes, typiquement de l'ordre de 500 000 tonnes par an. Elle vise ainsi notamment à optimiser le décapage chimique de bandes en acier doux au carbone, dans diverses nuances, épaisseurs et formats, et pour assurer ensuite leur laminage à froid. Elle vise aussi à assurer une meilleure prise en compte de l'environnement, tout en assurant une optimisation des coûts du processus de décapage par une simplification des opérations de traitement des bains de décapage. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une installation de décapage acide de bandes métalliques de type push-pull , dans laquelle on fait passer la bande à décaper en défilement dans un ou plusieurs bains d'acide entre une bobine de déroulement et une bobine d'enroulement. L'utilisation d'acide sulfurique, au lieu de l'acide chlorhydrique précédemment utilisé, représente une possibilité de réduction des coûts en particulier celui de l'installation de régénération de l'acide et celle de la liqueur de décapage, la récupération et le traitement des effluents et des vapeurs. Contrairement à l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique est très peu volatile. Toutefois, il peut cependant y avoir génération de fines gouttelettes essentiellement produites par l'éclatement de très fines bulles d'hydrogène nées de la réaction entre l'acide et l'acier Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 Pour cette raison, il est raisonnable d'aménager également un captage des fumées au dessus des bacs sans que pour autant on ait à rechercher une étanchéité poussée. La séparation des gouttelettes peut être assurée beaucoup plus économiquement par un simple dispositif de filtrage. Il est également possible d'utiliser un laveur de fumées de dimensionnement très réduit. Il est ainsi possible de récupérer et recycler des eaux chargées d'acide provenant des bacs et du rinçage de la bande. Le décapage par l'acide sulfurique procède essentiellement par dissolution du substrat en acier et de l'oxyde FeO au contact du métal, après s'être infiltré sous les oxydes formant les couches supérieures de la calamine. L'invention repose en partie sur l'exploitation nouvelle de cette particularité de l'action de l'acide sulfurique. Les réactions de dissolutions sont les suivantes Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O Selon une disposition complémentaire, l'acide usé des bains est traité dans un cristallisoir avec les eaux chargés d'acide recyclés précédemment assurant la cristallisation du sulfate de fer contenu dans la solution acide, et d'où la solution acide est recyclée vers les bains de décapage. Le traitement de la liqueur usée est très simple : il suffit de la refroidir dans le cristallisoir dans lequel le sulfate de fer heptahydraté FeSO4 -7 H2O va se cristalliser. Il est alors facile de séparer ce sulfate de fer de la liqueur récupérée, laquelle peut être réintroduite dans les bacs de décapage. Le sulfate de fer peut d'autre part être valorisé par des emplois dans le domaine agricole. Un autre avantage encore de l'invention touche au traitement des eaux : par sa conception même, une ligne de décapage push-pull utilisant l'acide sulfurique est plus lente que les lignes continues utilisant l'acide chlorhydrique. Cela limite le phénomène appelé drag- out , c'est-à-dire d'entraînement du liquide par la bande défilant en sortie des bacs de décapage, et permet en conséquence d'économiser l'eau utilisée pour le rinçage. Le procédé de rinçage lui-même peut avantageusement être du type en cascade par immersion ou pulvérisation permettant d'optimiser la consommation d'eau. Selon l'invention l'installation comporte un équipement mécanique de coût réduit, cette installation comprenant notamment, disposés l'un après l'autre dans le sens de défilement de la bande : une dérouleuse de bande, au moins un bac de décapage, un dispositif de rinçage et de séchage, une bobineuse pour y rembobiner la bande décapée. L'installation comporte également des moyens de transfert non représentés sur les figures de la tête de la bande depuis la dérouleuse jusqu'à l'enrouleuse. Selon des dispositions complémentaires, l'installation peut comporter en plus, seuls ou en combinaison : - une unité de préparation qui assure le cisaillage des têtes et queues de bande ainsi que le décintrage des têtes afin de faciliter l'introduction de la bande dans la ligne. - un brise oxyde pour compléter la fragmentation de la calamine déjà commencée par l'unité de préparation, et ainsi faciliter l'action de l'acide sulfurique à l'interface avec l'acier de la bande, - une cisaille de rives, - une huileuse de bande etc. Un exemple d'une telle installation est décrit par la suite. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 30 - les figures 1 et 2 ont déjà été commentées au titre de l'état de la technique - la figure 3 est une représentation d'une ligne de décapage conforme à l'invention, -la figure 4 représente schématiquement une 35 installation de traitement du bain usé, conformément à l'invention. 8 - la figure 5 représente schématiquement une installation de traitement du bain usé selon un autre mode de réalisation. L'installation représentée figure 3 comporte successivement, dans le sens de défilement de la bande B . une dérouleuse de bande, - une unité de préparation 15, qui comporte notamment une cisaille pour cisailler les têtes et queues 10 des bandes, - un dispositif brise oxyde 5, - une succession de bacs 6 contenant des bains d'acide sulfurique, agencés pour que la bande B traverse successivement ces bains, 15 un dispositif de rinçage 7, constitué par exemple par une succession de bac d'eau, un sécheur 8, pour sécher les bandes décapées avant leur ré-enroulement, - une bobineuse 13. 20 Des moyens de transfert non représentés sur la figure permettent d'amener la tête de la bande depuis l'unité de préparation 15 jusqu'à l'enrouleuse 13. La dérouleuse et la cisaille sont de type classique, bien connu en soi. L'unité de préparation peut 25 aussi être complétée par divers moyens, tels que des moyens de décintrage, servant accessoirement ou principalement de brise oxyde, de sorte que le brise oxyde 5 pourrait éventuellement être supprimé en tant que dispositif spécifique. 30 Le brise oxyde peut être notamment de type planeuse sous traction, connu en soi. La dérouleuse elle-même, par les contraintes résultant de l'aplanissement de la bande lors de son déroulage, participe aussi à la fragmentation de la calamine. De même, des rouleaux de guidage et de 35 redressage, agissant à la manière d'une planeuse sans traction, connue en soi, servent aussi de brise oxyde. Une cage de laminoir duo peut aussi servir de brise oxyde, par l'effet d'allongement de la bande et d'écrasement de l'oxyde lors du passage de la bande calaminée entre les cylindres du laminoir. D'autres dispositifs brise oxyde peuvent encore être utilisés. Le dispositif de rinçage peut aussi avantageusement être du type en cascade, par immersion ou pulvérisation, c'est-à-dire avec l'eau arrivant du côté aval du dispositif, pour finir le rinçage avec de l'eau propre, l'eau utilisée pour ce rinçage final et donc un peu chargée en liqueur usée étant réutilisée pour l'étape de rinçage précédente, et ainsi de suite. Un tel système de rinçage permet avantageusement d'économiser l'eau utilisée pour le rinçage. L'installation peut aussi être complétée en sortie par une cisaille de rives, et une huileuse de bande. Selon les figures 4 et 5, les bacs sont équipés de dispositifs (61) de récupération /captage de buées, gaz et projections générés par le procédé de décapage à la surface des bacs. Ces dispositifs (61) peuvent être avantageusement constitués par des couvercles assurant une étanchéité suffisante pour assurer la récupération des gaz et projections. L'installation comporte un dispositif filtrage ou de lavage, des produits captés ce qui permet un retour d'acide récupéré. Selon un premier mode de réalisation représenté figure 4 un filtre (62) séparateur de gouttelettes ou dévésiculeur, permet de séparer les gaz (H2 et air) qui sont évacués vers une cheminée (63) des liquides (eau + acide) (64) qui sont recyclés vers les bacs de décapage (6). Toujours selon l'invention les eaux du dispositif de rinçage (30) sont drainées et recyclées via une tuyauterie (31) vers les bacs de décapage (6). L'installation de traitement du bain usé représentée figures 4 et 5 montre un bac de décapage 6 10 d'où la liqueur usée contenant notamment les sulfates de fer est dirigée via un bac intermédiaire 21 vers un cristallisoir 22 équipé d'un élément de refroidissement 23 alimenté en eau de refroidissement. Le sulfate de fer est séparé de la phase liquide par cristallisation, il est dirigé vers un essoreur 25 d'où le sulfate de fer solide et séché 26 est extrait. Des conduites 27, 28 renvoient l'acide sulfurique récupéré respectivement du cristallisoir 22 et de l'essoreur 25 vers les bacs de décapage. Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 5 un dispositif de lavage de buées (40) permet de récupérer les vapeurs, gaz et projections captés par les dispositifs de récupération (61) installés dans les couvercles des bacs (6). Ce dispositif est alimenté en eau par une source appropriée (41) qui peut être la même que celle de l'alimentation du dispositif de rinçage (30). Les gaz composés d'air et d'hydrogène sont évacués par la cheminée (63). Le mélange eau + acide récupéré est retourné vers les bacs de décapage (6) pour compenser l'évaporation qui se produit dans les bacs. Ceci est obtenu en utilisant la tuyauterie (31) et un jeu de vannes appropriées (33). Le surplus d'eau non utilisée est récupéré dans un bac intermédiaire via les vannes (33) et la tuyauterie (32) et elle est ensuite purifiée par un circuit classique de régénération comportant un dispositif de neutralisation (43), un dispositif de floculation (44) et un circuit de décantation (45). L'eau ainsi purifiée est retournée aux points d'utilisation d'eau, comme le laveur de buées Comme dans le mode de réalisation décrit précédemment les bains usés chargés de sulfate de fer 11 sont acheminés vers un cristallisoir (22) et un essoreur (25) pour séparer les sulfates de fer et l'acide régénéré. On constate ainsi la grande simplicité de l'installation de traitement de la liqueur usée qui permet, par des moyens économiques, de réaliser une installation permettant d'économiser l'acide sulfurique et de préserver l'environnement.10 REVENDICATIONS 1. Installation de décapage de bandes métalliques comprenant : - une dérouleuse de bande (1), au moins un bac de décapage (6) contenant une solution d'acide sulfurique, un dispositif de rinçage (7), un dispositif de séchage (8), une enrouleuse de bande (13), disposés l'un après l'autre dans le sens du défilement de la bande - des moyens de transfert de la tête de la bande de la dérouleuse jusque vers l'enrouleuse, caractérisée en ce que les bacs sont équipés de couvercles (61) suffisamment étanches et d'un dispositif de captage et récupération des vapeurs, gaz et projections générés par le procédé de décapage. 2. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 1 caractérisée en ce que les produits captés au dessus des bacs de décapage (6) sont dévésiculés et filtrés et en ce que le liquide acide récupéré est retourné au circuit d'alimentation des dits bacs de décapage (28). 3. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 1 caractérisée en ce que les produits captés au dessus des bacs de décapage (6) sont introduits dans un dispositif de lavage de buées (40) et que le liquide acide récupéré est retourné pour partie au circuit d'alimentation des dits bacs de décapage (31). 4. Installation de décapage de bandes métalliques selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que les eaux de rinçage (30) sont drainées et que le liquide acide récupéré est retourné au circuit d'alimentation des bacs de décapage (31). 5. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'acide usé est traité dans un dispositif de régénération comportant un cristallisoir (22). 6. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 5 caractérisée en ce que le cristallisoir (22) comporte des moyens de refroidissement (23). 7. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 6 caractérisée en ce que les eaux acides issues du cristallisoir (22) et séparées du sulfate de fer, sont retournées dans le circuit d'alimentation des bacs de décapage (27, 28). 8. Installation de décapage de bandes métalliques selon la revendication 7 caractérisée en ce que le dispositif de rinçage (30) de 25 la bande est du type en cascade, par immersion ou pulvérisation. 9. Installation de décapage de bandes métalliques selon l'une des revendications précédentes caractérisée 30 en ce que la bande (B) est en acier à bas carbone. 10. Installation de décapage de bandes métalliques selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un brise oxyde (5).