FR2520007A1 - PROCESS FOR THE CONTINUOUS REGENERATION OF FLUXING BATHS IN STEEL GALVANIZATION OF STEEL PARTS - Google Patents
PROCESS FOR THE CONTINUOUS REGENERATION OF FLUXING BATHS IN STEEL GALVANIZATION OF STEEL PARTS Download PDFInfo
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Abstract
Description
L'invention a trait à un procédé de régénération du con-The invention relates to a method for regenerating the
tenu de cuves de fluxage, constitué de chlorures de zinc et d'ammonium en solution aqueuse, o sont plongées des pièces held by fluxing tanks, consisting of zinc and ammonium chlorides in aqueous solution, where parts are immersed
en acier avant galvanisation au trempé. in steel before hot dip galvanizing.
Au cours du processus de galvanisation au trempé, c'est- à-dire par immersion des pièces dans un bain de zinc en fusion, les pièces subissent des traitements de surface préparatoires comprenant un dégraissage en bain alcalin, un décapage en bain acide, et une opération dite fluxage qui consiste à recouvrir During the dip galvanizing process, that is to say by immersion of the parts in a bath of molten zinc, the parts undergo preparative surface treatments including degreasing in an alkaline bath, pickling in an acid bath, and a so-called fluxing operation which consists of covering
les pièces d'une mince couche de chlorures de zinc et d'ammo- parts of a thin layer of zinc chlorides and ammonium
nium (flux), en les plongeant dans une cuve contenant une so- nium (flux), by immersing them in a tank containing a so-
lution aqueuse de ces sels, puis éventuellement en évaporant aqueous lution of these salts, then optionally by evaporating
en étuve l'eau de la solution.in the solution water oven.
Pour réduire les transports de bain de dégraissage dans le bain de décapage, et de ce bain de décapage dans le bain de fluxage, on effectue des rinçages intermédiaires Néanmoins To reduce the transport of degreasing bath in the pickling bath, and of this pickling bath in the fluxing bath, intermediate rinses are carried out nevertheless
le bain contenu dans la cuve de fluxage s'enrichit progressi- the bath contained in the fluxing tank is gradually enriched
vement en fer, essentiellement à l'état divalent, qui provient du transport de bain de décapage, dilué par le rinçage, et de iron, essentially in the divalent state, which comes from the transport of pickling bath, diluted by rinsing, and
l'attaque du fer par la solution de fluxage. iron attack by the fluxing solution.
L'entrainement de sels de fer dans la cuve de galvanisa- The entrainment of iron salts in the galvanizing tank
tion provoque une réaction du zinc en fusion avec ces sels de tion causes a reaction of the molten zinc with these salts of
fer, avec formation de mattes, composés zinc/fer, qui précipi- iron, with formation of mattes, zinc / iron compounds, which precipitates
tent dans le zinc fondu et ont tendance à se rassembler en fond de cuve Ces mattes peuvent provoquer des défauts dans le try in molten zinc and tend to collect at the bottom of the tank These mattes can cause defects in the
recouvrement de zinc, et provoquent des pertes de zinc. zinc recovery, and cause zinc loss.
Lorsque le bain de fluxage contient plus que des traces When the flux bath contains more than traces
de fer dissous, unepartie de ce fer à l'état divalent accompa- of dissolved iron, part of this iron in the divalent state accompanied
gne les chlorures de zinc et d'ammonium dansle flux, tandis qu'une autre partie s'oxyde à l'état trivalent sous l'action de l'oxygène atmosphérique, et précipite à l'état d'hydroxyde ferrique; l'hydroxyde ferrique est partiellement entraîné par la solution de fluxage Aux mattes qui se forment par attaque gne the chlorides of zinc and ammonium in the flow, while another part oxidizes in the trivalent state under the action of atmospheric oxygen, and precipitates in the state of ferric hydroxide; ferric hydroxide is partially entrained by the fluxing solution To the mattes which form by attack
directe du fer par le zinc en présence de flux lors de la gal- direct iron by zinc in the presence of flux during gal-
vanisation viennent s'ajouter, de façon indésirable, les mat- vanization are added, undesirably, the mat-
tes provenant de la présence de fer dissous dans le bain de fluxage. tes from the presence of dissolved iron in the fluxing bath.
Pour remédier à cette difficulté, il est classique d'ef- To remedy this difficulty, it is conventional to ef-
fectuer périodiquement une régénération des bains de fluxage. periodically regenerate the flux baths.
Pour ce faire on ajoute au contenu de la cuve de l'eau oxygé- To do this, add oxygenated water to the contents of the tank.
née, jusqu'à ce que pratiquement tout le fer contenu passe à l'état trivalent, et précipite sous forme d'hydroxyde ferrique, qui se présente sous forme de flocons On laisse se former en fond de cuve des boues d'hydroxyde, que l'on évacue ensuite par pompage Le bain clair qui subsiste est complété en niveau born, until practically all the iron contained passes to the trivalent state, and precipitates in the form of ferric hydroxide, which is in the form of flakes. It is allowed to form at the bottom of the tank hydroxide sludge, which it is then removed by pumping The clear bath which remains is completed in level
et en teneur.and in content.
On comprend aisément que cette opération de régénération qui bloque l'exploitation de la ligne de galvanisation pendant une durée importante, n'est exécutée que lorsque la teneur du It is easy to understand that this regeneration operation, which blocks the operation of the galvanizing line for a significant period, is only carried out when the content of the
bain de fluxage en fer dissous atteint des valeurs prohibiti- fluxing bath in dissolved iron reaches prohibiti-
ves entraînant une baisse sensible de la qualité de la galva- resulting in a significant drop in the quality of galva-
nisation Par ailleurs le prélèvement des boues en fond de cuve provoque un entraînement de bain de fluxage important les boues sont volumineuses, et relativement riches en zinc et chlorure Il est onéreux de traiter ces boues pour éviter In addition, the removal of sludge from the bottom of the tank causes a significant flux bath to entrain the sludge is bulky, and relatively rich in zinc and chloride. It is expensive to treat this sludge to avoid
des pollutions La pratique courante présente encore un incon- pollution Current practice still has a problem
vénient: l'oxydation du fer à l'état trivalent par l'eau oxy- comes from: oxidation of iron in a trivalent state by oxy-
génée ne doit pas être conduite sous agitation, sous peine de gene should not be driven with agitation, under penalty of
voir l'hydroxyde ferrique se former en flocons de taille ré- see ferric hydroxide form in small-sized flakes
duite qui ne sont pas susceptibles de décanter en un temps pick which are not capable of settling in one time
raisonnable Il s'ensuit que l'eau oxygénée ne peut être ré- reasonable It follows that hydrogen peroxide cannot be
partie rapidement dans la masse du bain pour oxyder le fer. part quickly in the mass of the bath to oxidize the iron.
Au cours de la diffusion lente, une quantité importante d'eau oxygénée se décompose spontanément, et la consommation de ce During slow diffusion, a significant amount of hydrogen peroxide spontaneously decomposes, and the consumption of this
réactif est excessive.reactive is excessive.
L'invention a pour objet un procédé exempt des inconvé- The subject of the invention is a process free from the disadvantages
nients précités, et propose à cet effet un procédé de régéné- aforementioned, and proposes for this purpose a method of regeneration
ration du contenu de cuves de fluxage, constitué de chlorures de zinc et d'ammonium en solution aqueuse, o sont plongées des pièces en acier avant galvanisation au trempé, procédé d'élimination du fer dissous nuisible suivant lequel on ajoute ration of the content of fluxing tanks, consisting of zinc and ammonium chlorides in aqueous solution, where steel parts are immersed before dip galvanizing, method of removing harmful dissolved iron, according to which one adds
au contenu de la cuve de l'eau oxygénée de façon à faire pas- to the contents of the tank of hydrogen peroxide so as not to-
ser pratiquement tout le fer dissous à l'état trivalent et be virtually all of the dissolved iron in the trivalent state and
former des boues insolubles d'hydroxyde ferrique, et on éli- to form insoluble ferric hydroxide sludge, and
mine ces boues insolubles, caractérisé en ce que l'on prélève de la cuve un courant à débit pratiquement constant de son contenu, on ajoute à ce courant des débits d'eau oxygénée et d'ammoniaque réglés respectivement en sorte que l'eau oxygénée soit sensiblement en équilibre stoechiométrique avec le fer à oxyder et que le p H soit maintenu sensiblement à 4, on laisse s'achever la formation d'hydroxyde ferrique en milieu calme, et on évacue par décantation les boues d'hydroxyde en renvoyant mine this insoluble sludge, characterized in that one draws from the tank a current at a practically constant flow rate of its content, to this current is added flow rates of hydrogen peroxide and ammonia regulated respectively so that the oxygenated water either substantially in stoichiometric equilibrium with the iron to be oxidized and that the p H is maintained substantially at 4, the formation of ferric hydroxide is allowed to end in a calm environment, and the hydroxide sludge is removed by decantation by returning
à la cuve la solution de chlorures de zinc et d'ammonium dé- in the tank the solution of zinc chlorides and ammonium de-
barrassée de fer.iron barred.
Le procédé, mis en oeuvre sur un bain o la concentration The process, carried out on a bath where the concentration
en fer dissous reste faible, puisque l'élimination est perma- dissolved iron remains low, since elimination is perma-
nente, permet d'ajouter les réactifs, eau oxygénée d'oxydation et ammoniaque de réglage de p H, au courant de bain de telle sorte que le pouvoir oxydoréducteur et le p H soient ajustés de façon optimale dans le bain en réaction; l'oxydation du nente, makes it possible to add the reagents, hydrogen peroxide of oxidation and ammonia for adjusting p H, to the bath current so that the redox power and the p H are optimally adjusted in the bath in reaction; oxidation of
fer (Il) en fer (III) se fait avec une consommation d'eau oxy- iron (II) in iron (III) is done with the consumption of oxy-
génée pratiquement réduite au minimum En outre on profite de ce que la vitesse d'oxydation du fer est notablement supérieure à celle de la précipitation d'hydroxyde ferrique; ainsi le courant, relativement plus rapide dans la phase d'injection de réactifs, correspondant à l'étape d'oxydation, est ralenti pour laisser venir à maturation, au p H favorable, les flocons gene practically reduced to a minimum In addition, it takes advantage of the fact that the speed of oxidation of iron is notably higher than that of precipitation of ferric hydroxide; thus the current, relatively faster in the injection phase of reagents, corresponding to the oxidation step, is slowed down to allow the flakes to mature, at favorable p H
d'hydroxyde ferrique La grosseur des flocons favorise la ra- ferric hydroxide The size of the flakes promotes the reduction
pidité et l'efficacité de la décantation. clarity and efficiency of decantation.
Diverses dispositions viennent améliorer le processus ainsi après introduction des réactifs, le courant de bain est conduit au fond d'un réacteur par une canalisation, en sorte que la durée d'oxydation soit voisine du temps de parcours du bain dans la canalisation, tandis que dans le réacteur o le courant est presque imperceptible, l'hydroxyde peut venir à maturation Après cela le bain, o l'hydroxyde s'est développé Various arrangements are made to improve the process, so after introduction of the reactants, the bath stream is led to the bottom of a reactor by a pipe, so that the oxidation time is close to the time taken by the bath to run in the pipe, while in the reactor where the current is almost imperceptible, the hydroxide can come to maturity After that the bath, where the hydroxide has developed
pour sa majeure partie, est envoyé dans un décanteur o l'hy- for the most part, is sent to a decanter where the hy-
droxyde se rassemblera en partie inférieure Il sera judicieux drooxide will gather at the bottom It will be wise
de chauffer en surface le décanteur, pour éviter des turbulen- to heat the decanter on the surface, to avoid turbulence
ces de convection qui pourraient ramener en surface de l'hydro- convection which could bring the surface of the hydro-
xyde si les couches superficielles dans le décanteur, se re- xyde if the surface layers in the decanter
froidissant, devenaient plus denses que les couches profondes. cold, became denser than the deep layers.
Enfin les boues d'hydroxyde ferrique évacuées par des purges périodiques du décanteur, par volumes réduits, peuvent Finally, the ferric hydroxide sludge discharged by periodic purging of the settling tank, in reduced volumes, can
aisément être soumises à filtration, pour récupérer la solu- easily be subjected to filtration, to recover the solu-
tion de flux entralnéepar les purges. tion of flow entrainée by the purges.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- The characteristics and advantages of the invention stand out
tiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre will also derive from the description which follows
d'exemple, en référence au dessin annexé qui représente sché- matiquement i disposition du matériel utilisé pour la mise en example, with reference to the appended drawing which diagrammatically represents the arrangement of the material used for setting up
oeuvre du procédé.process work.
Selon le mode de réalisation choisi et représenté, le bain According to the embodiment chosen and shown, the bath
de fluxage 10, solution aqueuse de chlorures de zinc et d'ammo- flux 10, aqueous solution of zinc chlorides and ammonium
nium est contenu dans une cuve 1, d'une contenance de 40 mètres cubes environ, qui fait partie classiquement d'une ligne de nium is contained in a tank 1, with a capacity of approximately 40 cubic meters, which is conventionally part of a line of
galvanisation au trempé Cette ligne comprend des cuves de dé- dip galvanizing This line includes tanks for
graissage, de premier rinçage, de décapage acide, de second rinçage, la cuve de fluxage 1, suivie d'une étuve de séchage et de la cuve de galvanisation, qui contient un bain de zinc fondu. Pour éliminer le fer dissous dans le bain de fluxage 10, greasing, first rinsing, acid pickling, second rinsing, the fluxing tank 1, followed by a drying oven and the galvanizing tank, which contains a bath of molten zinc. To remove the iron dissolved in the fluxing bath 10,
fer qui provient des entraînements de la cuve de décapage aci- iron from the pickling tank drives
de, et de l'attaque superficielle des pièces par le bain de of, and of the surface attack of the parts by the bath of
fluxage, le contenu de la cuve 1 est prélevé en courant régu- fluxing, the content of the tank 1 is withdrawn in a regulated current
lier par une pompe volumétrique 12, à travers une canalisation d'aspiration 11 qui débouche vers le fond de la cuve 10 Le débit de la pompe 12 est d'environ 100 litres à l'heure, soit bind by a positive displacement pump 12, through a suction pipe 11 which opens towards the bottom of the tank 10 The flow rate of the pump 12 is approximately 100 liters per hour, ie
à peu près 0,03 litres seconde.roughly 0.03 liters per second.
La pompe 12 refoule la solution prélevée dans un réacteur 2, de 80 litres de contenance à travers un tube de réaction 21 qui pénètre dans le réacteur jusqu'au voisinage du fond A la The pump 12 delivers the solution taken from a reactor 2, of 80 liters capacity, through a reaction tube 21 which enters the reactor as far as the bottom A
partie supérieure du tube de réaction 21 débouchent deux aju- upper part of the reaction tube 21 open two nozzles
tages 22 b et 23 b, reliés à deux réservoirs 22 et 23 à réactifs de 100 litres de contenance, le réservoir 22 contenant de l'eau stages 22 b and 23 b, connected to two reservoirs 22 and 23 with reagents of 100 liters capacity, the reservoir 22 containing water
oxygénée et le réservoir 23 de l'ammoniaque, à des concentra- oxygenated and the ammonia reservoir 23, at concentra-
tions usuelles Deux pompes doseuses 22 a et 23 a prélèvent les two standard metering pumps 22 a and 23 a collect the
réactifs dans les réservoirs 22 et 23 pour les envoyer aux aju- reagents in tanks 22 and 23 to send them to the
tages 22 b et 23 b Ces pompes doseuses sont à débits asservis par des capteurs 22 c et 23 c, respectivement pour le potentiel d'oxydoréduction et le p H, en sorte que, dans le réacteur 2, le p H soit maintenu à 4 (+ 0,1) et que, vers la surface du stages 22 b and 23 b These metering pumps have flow rates controlled by sensors 22 c and 23 c, respectively for the redox potential and the p H, so that, in the reactor 2, the p H is maintained at 4 (+ 0.1) and that towards the surface of the
réacteur, le potentiel d'oxydoréduction corresponde à une con- reactor, the redox potential corresponds to a con-
centration en fer (II) inférieure à une valeur donnée ( 0,5 g/l), iron (II) concentration below a given value (0.5 g / l),
en présence de fer (III).in the presence of iron (III).
Une canalisation de trop plein 24 piquée sur le réacteur 2, et qui définit le niveau de surface, débouche au centre et vers le fond d'un décanteur cylindrique 23, d'un diamètre de 1 mètre et une hauteur de 1, 300 mètre (volume 1 mètre cube environ) Le réacteur est muni d'une gouttière périphérique An overflow pipe 24 pitted on the reactor 2, and which defines the surface level, opens out in the center and towards the bottom of a cylindrical decanter 23, with a diameter of 1 meter and a height of 1, 300 meters ( volume about 1 cubic meter) The reactor is fitted with a peripheral gutter
31 dans laquelle vient déborder le liquide décanté, qui re- 31 into which the decanted liquid overflows, which
tourne à la cuve de fluxage 1 par la canalisation 32, débou- turns to fluxing tank 1 through line 32, outlet
chant au voisinage de la surface du bain 10 Du fond du décan- edge near the surface of the bath 10 From the bottom of the floor
teur 3 part une canalisation de purge 33, pour évacuer les par- tor 3 leaves a drain line 33, to evacuate the
ticules solides qui se sont rassemblées aufond du décanteur 3. solid particles which have collected at the bottom of the decanter 3.
Une batterie de 4 thermoplongeurs 34 de puissance unitaire A battery of 4 immersion heaters 34 of unit power
500 watts permet le chauffage superficiel du contenu du décan- 500 watts allows surface heating of the contents of the decan
teur 3.author 3.
Les boues de purge extraites du décanteur 3 peuvent être, par l'intermédiaire d'une vanne à trois directions 41, soit The purge sludge extracted from the settling tank 3 can be, via a three-way valve 41, either
envoyées directement à l'évacuation de l'atelier vers une ins- sent directly to the workshop evacuation to an ins-
tallation de traitement des rejets, soit dirigées par une pom- waste treatment plant, either led by a pump
pe 42 sur un filtre 4, pour récupérer les chlorures de zinc et eg 42 on a filter 4, to recover the zinc chlorides and
d'ammonium du filtrat.ammonium from the filtrate.
Si l'on porte son attention sur le cycle d'épuration de If we pay attention to the purification cycle of
solution de fluxage, on remarque que, avec un débit d'extrac- fluxing solution, we note that, with an extrac-
tion de 100 litres à l'heure, la période d'épuration du con- tion of 100 liters per hour, the purification period of the con-
tenu 10 de la cuve 1, est de 400 heures pour un volume de 40 mètres cubes Par ailleurs la durée de mélange des réactifs au courant de solution dans le tube 21 est de l'ordre de la dizaine de seconde, et le temps de séjour dans le réacteur 2 held 10 of the tank 1, is 400 hours for a volume of 40 cubic meters Furthermore, the duration of mixing of the reactants with the flow of solution in the tube 21 is of the order of ten seconds, and the residence time in reactor 2
est d'environ 50 minutes Avec une hauteur de réacteur 2 d'en- is approximately 50 minutes With a reactor height 2 of
viron 0,80 mètre, la vitesse ascensionnelle de la solution about 0.80 meters, the rate of rise of the solution
dans ce réacteur est d'environ 0,3 mm à la seconde, ce qui cor- in this reactor is about 0.3 mm per second, which
respond à un écoulement pratiquement sans turbulences, o les réactions d'oxydoréduction entre fer (Il) et eau oxygénée se responds to an almost turbulence-free flow, where the redox reactions between iron (II) and hydrogen peroxide occur
produisent avec le minimum de réactions secondaires et de dé- occur with the minimum of side reactions and de-
composition spontanée de l'eau oxygénée, tandis que la nuclé- spontaneous composition of hydrogen peroxide, while the nucleus
ation de l'hydroxyde ferrique se produit dans la masse de so- ation of ferric hydroxide occurs in the mass of so-
lution On remarquera en outre que, en raison-du peu d'impor- lution It should also be noted that, due to the small importance
tance relative du prélèvement de solution de fluxage dans la cuve 1 vis-àvis du volume total de solution, la composition du courant prélevé correspond à la composition du contenu de la cuve, qui varie lentement, tandis que les retours par la relative tance of the fluxing solution sample in the tank 1 vis-à-vis the total volume of solution, the composition of the sample flow corresponds to the composition of the contents of the tank, which varies slowly, while the returns through the
canalisation 32 ne sont pas susceptibles d'altérer sensible- line 32 are not likely to alter sensitive-
ment la composition du bain de fluxage sur une courte durée. Aussi les apports de réactifs, eau oxygénée et ammoniaque, par les pompes doseuses 22 a et 23 a, varient également très lentement, de sorte que les mesures des capteurs 22 c et 23 e s'effectuent sur des grandeurs, potentiel d'oxydoréduction ment the composition of the fluxing bath over a short period. Also the contributions of reagents, hydrogen peroxide and ammonia, by the metering pumps 22 a and 23 a, also vary very slowly, so that the measurements of the sensors 22 c and 23 e are carried out on quantities, redox potential
et p H, en régime sensiblement permanent. and p H, in a substantially permanent regime.
A l'étape suivante, dans le décanteur 3, le temps de sé- In the next step, in decanter 3, the drying time
jour de la solution est de 10 heures, ce qui correspond à une solution day is 10 hours, which corresponds to a
vitesse ascensionnelle de 0,04 mm/sec environ, pour les di- upward speed of about 0.04 mm / sec, for di-
mensions de réacteur précisées plus haut Non seulement la maturation des flocons d'hydroxyde ferrique a le temps d'être complète, mais encore ces flocons ont une densité apparente reactor dimensions specified above Not only does the maturation of the ferric hydroxide flakes have time to be complete, but also these flakes have an apparent density
telle que leur vitesse de chute peut excéder largement la vi- such that their falling speed can greatly exceed the
tesse ascensionnelle du liquide On notera que, dans le réac- ascending tesse of the liquid It will be noted that, in the reaction
teur 2, o les flocons ont peu dépassé encore le stade de nucléation, tandis que la vitesse ascensionnelle du liquide tor 2, where the flakes have barely exceeded the nucleation stage, while the ascending speed of the liquid
est près de huit fois plus grande, l'entraînement de l'hydro- is almost eight times larger, the drive of the hydro-
xyde ferrique est sensiblement complet. ferric oxide is substantially complete.
Par ailleurs, il est de pratique courante d'effectuer le Furthermore, it is common practice to carry out the
fluxage à une température supérieure à l'ambiante, afin d'opé- fluxing at a temperature above ambient, in order to operate
rer avec des bains plus concentrés en chlorures, amenés à une viscosité acceptable La solution qui séjourne 10 heures dans rer with baths more concentrated in chlorides, brought to an acceptable viscosity The solution which stays 10 hours in
le décanteur 3 se refroidirait, tant par les parois du décan- the decanter 3 would cool, both through the walls of the decanter
teur qu'en surface Les inégalités de température dans le dé- on the surface The temperature inequalities in the de-
canteur 3 engendreraient des mouvements de convection dans le liquide, du fond en partie centrale vers la surface en partie périphérique, entraînant en conséquence l'hydroxyde ferrique vers la cuve 1 C'est la raison pour laquelle on prévoit le chauffage des couches superficielles du décanteur 3, en sorte de former une couche chaude en surface, stable et capable de cantor 3 would generate convection movements in the liquid, from the bottom in the central part to the surface in the peripheral part, consequently causing the ferric hydroxide towards the tank 1 This is the reason why the surface layers of the decanter are heated 3, so as to form a warm layer on the surface, stable and capable of
protéger contre le refroidissement les couches sous-jacentes. protect the underlying layers against cooling.
Bien entendu l'invention niest pas limitée à l'exemple Of course, the invention is not limited to the example
décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, no- describes, but embraces all variants, no-
tamment en s'adaptant au volume de bains de fluxage à épurer. especially by adapting to the volume of flux baths to be purified.
De plus, lorsque les cadences de travail sont régulières, on In addition, when the work rates are regular, we
peut faire l'économie de réglage asservi des débits de réac- can save on controlled feedback flow rates
tifs, en vérifiant périodiquement les conditions de p H et tifs, by periodically checking the conditions of p H and
d' oxydoréduction.redox.
2520007 '2520007 '
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