BR112020006546A2 - método para decapagem de chapas de aço e equipamento - Google Patents
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Abstract
A invenção refere-se a um método para decapagem de chapas de aço (8), as referidas chapas de aço sendo mergulhadas continuamente em um banho de decapagem (1), contendo uma solução de decapagem (10), o referido banho sendo conectado a uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), meios de circulação (12) e (13), um fluxo de entrada contínuo (11) da referida solução sendo alimentado para um dispositivo de ultrafiltração (2) a partir do tanque de recirculação (3) e dois fluxos saem do dispositivo de ultrafiltração, um fluxo de saída filtrado (21) sendo então retornado para dentro do referido tanque de recirculação (3) e um fluxo não filtrado (22), referida unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método para decapagem de chapas de aço mergulhadas continuamente em um banho de decapagem contendo uma solução de decapagem, enquanto a referida solução de decapagem é purificada.
[002] O desenvolvimento de ligas contendo cada vez mais elementos gera novos problemas a serem resolvidos. Por exemplo, uma maneira de fabricar aço de alta resistência, entre outras coisas, é aumentar seu conteúdo de silício. Infelizmente, os elementos da liga contaminam o banho de decapagem por dissolução durante o processo de decapagem. No caso do aço de resistência muito alta, a dissolução do silício é uma grande preocupação, pois leva à formação de ácidos monossilícicos Si(OH)s, que depois se condensam para formar silício coloidal e, finalmente, formam suspensão e/ ou co-precipitação com outras substâncias. O silício dissolvido nos tanques de decapagem e recirculação acumula-se e eventualmente precipita-se na superfície do equipamento, principalmente aqueles a jusante, os pontos críticos de acumulação e precipitação são tubos e trocadores de calor. Para remover os precipitados e eliminar o entupimento, o processo de decapagem precisa ser desligado durante o processo de limpeza.
[003] Além disso, o gerenciamento da solução de decapagem ácida usada também é uma grande preocupação, devido à sua natureza química, ela deve ser tratada, por exemplo, em uma estação de regeneração ácida ou em uma estação de tratamento de águas residuais.
[004] A patente DE 41 16 353 descreve um método para remover silício amorfo e parcialmente dissolvido de uma solução de tratamento com água, ácido ou alcalino, especialmente uma solução circulante para tratamento químico de fitas de liga de ferro-silício. Uma parte da solução de tratamento compreendendo silício é fornecida a um recipiente de armazenamento. O referido recipiente de armazenamento contém uma solução que é submetida a uma membrana de filtração e o filtrado liberado de silício é enviado para a solução de tratamento e a solução que compreende uma alta concentração de silício é enviada para o tanque de armazenamento e que a solução altamente concentrada em silício no tanque de armazenamento é removido e descartado.
[005] A patente WO 2014/36575 descreve um método de purificação e remoção de sílica de banhos de decapagem ácidos usados. Neste método, as soluções de decapagem resultantes são depositadas em um tanque de decantação e depois limpas em um microfiltro de fluxo cruzado como pré-filtro e em um ultrafiltro a jusante. Em seguida, o filtrado é alimentado para pulverizar sistemas de torrefação ou processo de leito fluidizado de HCI para recuperar os correspondentes ácidos de decapagem e óxido de ferro.
[006] A patente AT 411 575 refere-se a um método para purificar águas residuais de decapagem ácidas contaminadas com a ajuda da microfiltração de fluxo cruzado. Para fazer isso, a solução de decapagem que ocorre é acalmada em um recipiente de decantação e depois purificada em um microfiltro de fluxo cruzado na faixa de temperatura de 10 a 55 ºC. Depois, é processado de acordo com o princípio de torrefação por spray em uma planta de regeneração ácida. Esse processo visa evitar a falha da planta como resultado da incrustação de tubos, obstruções de filtros e bicos.
[007] No entanto, ao usar os métodos acima e seus equipamentos, a instalação requer muito espaço, pois são volumosos devido aos inúmeros dispositivos utilizados, como tanques de decantação e vários sistemas de filtragem. Além disso, o circuito que circula o ácido de decapagem não é protegido contra o entupimento, uma vez que o objetivo dos métodos acima é evitar a contaminação do óxido de ferro obtido na planta de regeneração de ácido e não minimizar o problema de entupimento nos circuitos de circulação.
[008] Consequentemente, é necessário encontrar uma maneira de proteger o circuito de recirculação contra o entupimento e reduzir a área ocupada da instalação.
[009] O objetivo da invenção é fornecer um método que permita evitar ou pelo menos retardar o entupimento e fornecer uma instalação de pegada menor do que as presentes no estado da técnica.
[010] Este objetivo é alcançado através do fornecimento de um método de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender quaisquer características das reivindicações 2 a 14. Este objeto também é alcançado através do fornecimento de um aparelho de acordo com a reivindicação 15.
[011] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada da invenção a seguir.
[012] Para ilustrar a invenção, várias formas de realização e ensaios de exemplos não limitativos serão descritos, particularmente com referência à Figura a seguir: a Figura 1 é uma ilustração esquemática da instalação.
[013] A invenção refere-se a um método para decapagem de chapas de aço (8), sendo as referidas chapas de aço mergulhadas continuamente em um banho de decapagem (1), contendo uma solução de decapagem (10), sendo o referido banho conectado a uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), meios de circulação (12) e
(13), um fluxo de entrada contínuo (11) da referida solução sendo alimentado para um dispositivo de ultrafiltração (2) a partir do tanque de recirculação (3) e dois fluxos saem do dispositivo de ultrafiltração, um fluxo de saída filtrado (21) sendo então retornado para dentro do referido tanque de recirculação (3) e um fluxo não filtrado (22), referida unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento.
[014] No estado da técnica, o entupimento do sistema de recirculação não é tratado. Pelo contrário, com o método de acordo com a presente invenção, parece que o entupimento é mais lento, o que aparentemente prolonga a vida útil do sistema de recirculação, isto é, bombas, bocais, tubos e válvulas.
[015] Além disso, comparado com o estado da técnica mais próximo, o método de decapagem de acordo com o presente método não utiliza um tanque de armazenamento. Isso permite que o presente método minimize a taxa de cinética de polimerização do silício coloidal, levando a uma diminuição da tendência de incrustação da membrana.
[016] De preferência, a referida solução de decapagem (10) é feita de um ou de uma combinação de ácidos diferentes. Por exemplo, o ácido clorídrico a 15% está no banho de decapagem (1) ou uma mistura de ácido clorídrico e ácido sulfúrico.
[017] De preferência, a referida solução de decapagem (10) não é tratada termicamente antes de ser introduzida no referido dispositivo de ultrafiltração. Parece que permite tratar imediatamente o ácido de decapagem e também requer menos espaço.
[018] De preferência, nem aditivo, nem dispositivo são utilizados para aumentar o grau de polimerização da referida solução sendo alimentada no referido dispositivo de ultrafiltração. No entanto, nas patentes do estado da técnica, as águas residuais de decapagem ácida são depositadas em um tanque, aumentando o grau de polimerização e, assim, permitindo obter partículas maiores. Este processo de sedimentação apresentado na patente do estado da técnica parece facilitar a filtração devido a um aumento global do tamanho das partículas a serem filtradas. Consequentemente, a taxa de remoção alcançada é superior a 99% no caso da patente WO 2014/36575 e 75% para o documento AT 411 575. Pelo contrário, a presente invenção tem aparentemente a principal vantagem de diminuir drasticamente o entupimento com uma taxa de remoção de apenas 40% do teor total de silício na solução de ácido de decapagem usada. Portanto, o objetivo é alcançado, mas o espaço necessário é reduzido.
[019] De preferência, o dispositivo de ultrafitração (2) é um dispositivo de ultrafiltração de fluxo cruzado. No caso de uma filtragem de fluxo cruzado, acredita-se que, ao contrário de uma filtragem sem saída, o fluxo é aplicado tangencialmente na superfície da membrana. Sem querer se vincular a nenhuma teoria, à medida que a alimentação flui através da membrana, o filtrado passa através dos furos da membrana enquanto o fluxo não filtrado sai na extremidade oposta da membrana. Aparentemente, o fluxo tangencial da membrana cria um efeito de cisalhamento na superfície da membrana, o que, por sua vez, reduz a incrustação.
[020] De preferência, a decapagem ácida usada está sendo circulada usando bombas, as referidas bombas são protegidas por filtro de cartucho, permitindo filtrar os sólidos em suspensão.
[021] De preferência, o dispositivo de ultrafiltração (2) possui uma ou várias membranas. De preferência, a membrana do dispositivo de ultrafiltração (2) é feita de cerâmica.
[022] De preferência, a membrana do dispositivo de ultrafiltração (2) tem um tamanho de porção compreendido entre 1 e 10 nm. Por exemplo, a membrana tem um tamanho de porção de 7 nm.
[023] De preferência, o fluxo contínuo tem um teor de silício de pelo menos 60 mg.L!, de forma mais preferencial de 100 mg.L e ainda de forma mais preferencial de 150 mg.L'!. Aparentemente, a presente invenção também tem o efeito vantajoso de ser mais eficiente com maior concentração de silício, porque mais silício coloidal está presente e, assim, facilita a filtração. Sem querer se sujeitar a nenhuma teoria, essa tecnologia garante uma taxa de rejeição de 100% da matéria coloidal e suspensa maior que o tamanho dos poros da membrana.
[024] De preferência, o fluxo contínuo (11) da referida solução é alimentado no dispositivo de ultrafiltração a uma taxa de fluxo compreendida entre 5 e 50 mº.h”, de forma preferencial entre 15 e 30 m?.h"!, permitindo renovar entre 1 e 10 vezes por hora o volume de ácido presente no tanque de recirculação, de preferência 4 vezes por hora.
[025] De forma preferencial, o fluxo de saída purificado é compreendido entre 50 e 95%, de forma mais preferencial entre 65 e 85%, do fluxo da referida solução sendo alimentado em um dispositivo de ultrafiltração.
[026] De preferência, o sistema de ultrafiltração é lavado em retrolavagem para limpar a membrana. Por exemplo, o sistema de ultrafiltração é retrolavado a cada 8 minutos por um fluxo de água da torneira (23) e o fluxo de água da torneira usado para limpar a membrana (24) sai do referido dispositivo de ultrafiltração (2).
[027] Também é possível que o dispositivo de ultrafiltração seja composto por vários dispositivos de ultrafittação de fluxo cruzado. Por exemplo, o dispositivo de ultrafiltração é composto por dois dispositivos de ultrafiltração de fluxo cruzado.
[028] De forma preferencial, o fluxo não filtrado, isto é, concentrado em silício, saindo do sistema de ultrafiltração (2) é tratado. De preferência, este tratamento pode ser feito em um decantador ou um hidrociclone. Após este tratamento, o fluxo purificado, ou seja, com a menor concentração de silício, pode ser devolvido ao tanque de recirculação (3) ou ao dispositivo de ultrafiltração (2). De preferência, o fluxo com a maior concentração de silício saindo do dispositivo de tratamento pode ser enviado para uma estação de regeneração ácida ou para tratamento de águas residuais (4).
[029] A invenção também se refere a um equipamento que compreende um banho de decapagem (1), um sistema de imersão contínuo (7) de chapas de aço (8) no referido banho de decapagem (1) e uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), pelo menos um dispositivo de ultrafiltração (2), tubos que conectam o referido tanque de recirculação e entrada de água da torneira (23) e saída da solução de retrolavagem (24) e bombas, a referida unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento e o tratamento eventual (4) para o fluxo não filtrado (22).
[030] Exemplo 1
[031] O tanque de recirculação (3) contém 60 mº? de ácido clorídrico a 15%, com um teor de silício de aproximadamente 59 mg.L. Os ácidos decapam diferentes classes de aço, por exemplo: aço intersticial, carbono médio, HSLA e aços bifásicos. O ácido de decapagem usado é enviado por bombas para o dispositivo de ultrafiltração a um fluxo de 17 m?.h*. O dispositivo de ultrafiltração (2) é constituído por 68 m? de área de membrana cerâmica com um tamanho de poro de 7 nm (peso molecular de 10 kDa). Um fluxo de 14 m?.h” de fluxo filtrado contendo 38 mg.L” de silício é realimentado dentro do banho enquanto um fluxo de 3 m?.h" de fluxo não filtrado contendo 157 mg.L'.
FEET [m?h7] Si [mg.L] suspensa > 7 nm || Formado a a | |
Claims (15)
1. MÉTODO PARA DECAPAGEM DE CHAPAS DE AÇO (8), caracterizado pelas chapas de aço (8) serem mergulhadas continuamente em um banho de decapagem (1), contendo uma solução de decapagem (10), o banho (1) sendo conectado a uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), meios de circulação (12, 13), um fluxo de entrada contínuo (11) da solução (10) sendo alimentado para um dispositivo de ultrafiltração (2) a partir do tanque de recirculação (3) e dois fluxos (21, 22) saindo do dispositivo de ultrafiltração (2), um fluxo de saída filtrado (21) sendo então realimentado dentro do tanque de recirculação (3) e um fluxo não filtrado (22), a unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela solução de decapagem (10) ser feita de um ou de uma combinação de ácidos diferentes.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela solução de decapagem (10) não ser tratada termicamente antes de ser introduzida no dispositivo de ultrafiltração (2).
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por nem aditivo e nem o dispositivo (2) serem utilizados para aumentar o grau de polimerização da solução (10) sendo alimentada no dispositivo de ultrafiltração (2).
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo dispositivo de ultrafiltração (2) ser um dispositivo de ultrafiltração de fluxo cruzado.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo dispositivo de ultrafiltração (2) ter uma ou várias membranas.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela membrana do dispositivo de ultrafiltração (2) ser feita de cerâmica.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado pela membrana do dispositivo de ultrafiltração (2) ter um tamanho de poro compreendido entre 1 e 10 nm.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fluxo contínuo (11) da solução (10) ser alimentado no dispositivo de ultrafiltração (2) a uma taxa de fluxo compreendida entre 5 e 50 m?.h!, permitindo renovar entre 1 e 10 vezes por hora o volume de ácido presente no tanque de recirculação (3).
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a9, caracterizado pelo fluxo de saída purificado (21) ser compreendido entre 50 e 95% do fluxo (11) da solução (10) sendo alimentado no dispositivo de ultrafiltração (2).
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fluxo contínuo (11) ter um teor de silício de pelo menos 60 mg.L*.
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo dispositivo de ultrafiltração (2) ser composto por vários dispositivos de ultrafiltração de fluxo cruzado.
13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizado pelo dispositivo de ultrafiltração (2) ser retrolavado para limpar a membrana.
14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fluxo não filtrado (22), concentrado em silício, saindo do sistema de ultrafiltração (2) ser tratado.
15. EQUIPAMENTO, caracterizado por compreender: um banho de decapagem (1), um sistema (7) mergulhando continuamente chapas de aço (8) no banho de decapagem (1) e uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), pelo menos um dispositivo de ultrafiltração (2), tubos conectando o tanque de recirculação (3) e entrada de água da torneira (23) e saída da solução de retrolavagem (24) e bombas, a unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento e tratamento eventual (4) para um fluxo não filtrado (22).
Y / 7 A ds Q 8 eu 2 1 23 | Es 24 u À | 22 º Figura 1
ResuMO “MÉTODO PARA DECAPAGEM DE CHAPAS DE AÇO E EQUIPAMENTO”
A presente invenção refere-se a um método para decapagem de chapas de aço mergulhadas continuamente em um banho de decapagem contendo uma solução de decapagem, enquanto a referida solução de decapagem é purificada.
O método para decapagem de chapas de aço (8), em que as chapas de aço (8) são mergulhadas continuamente em um banho de decapagem (1), contém uma solução de decapagem (10); o banho (1) sendo conectado a uma unidade de tratamento incluindo um tanque de recirculação (3), meios de circulação (12, 13), um fluxo de entrada contínuo (11) da solução (10) sendo alimentado para um dispositivo de ultrafiltração (2) a partir do tanque de recirculação (3) e dois fluxos (21, 22) saindo do dispositivo de ultrafiltração (2), um fluxo de saída filtrado (21) sendo então realimentado dentro do tanque de recirculação (3) e um fluxo não filtrado (22), a unidade de tratamento incluindo nenhum tanque de armazenamento.
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