WO2023152437A1 - Dispositif et procede de preparation d'une eau de refroidissement a la demande - Google Patents

Dispositif et procede de preparation d'une eau de refroidissement a la demande Download PDF

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WO2023152437A1
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aqueous solution
water
solution
mixing
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Pascal Hervieu
Bernard Valentin
José ORTUNO
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C-Tec Constellium Technology Center
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Definitions

  • the present invention relates to a process for preparing cooling water intended to cool a product during a metallurgical transformation operation and in particular for casting applications of foundry parts, for example in a process for casting a product, preferably aluminum alloy.
  • the invention also relates to a casting device comprising a device for preparing cooling water.
  • the object of the present invention is to propose a solution which responds to all or part of the aforementioned problems.
  • This object can be achieved thanks to the implementation of a method for preparing cooling water to cool a product during a metallurgical transformation operation and in particular for applications of semi-continuous casting of foundry products, the method preparation comprising the following steps:
  • the analysis step makes it possible to determine at least one useful parameter chosen from the group comprising a calcium concentration (THCa), a magnesium concentration (THMg), a complete alkalimetric titer (TAC), an alkalimetric titer ( TA), a hydrotimetric title (TH), a concentration of chloride ions (CCI), sulphates (CS), bromides (CBr), sodium (CNa) and a pH.
  • the target composition (cfc) can therefore be identical to the analysis result or equal to +/-10%, preferably +/-5% of the analysis result.
  • each of the first composition (cl), of the second composition (c2), of the mixture composition (cml), and of the final target composition (cfc), is defined by at least one useful parameter chosen from the group comprising a calcium concentration (THCa), a magnesium concentration (THMg), a complete alkalimetric title (TAC), an alkalimetric title (TA), a hydrotimetric title (TH), a chloride ion concentration (CCI), sulfates (CS), bromides (CBr), sodium (CNa) and
  • industrial water solution is meant an industrial water having a conductivity less than or equal to 2000 pS/cm, preferably comprised from 100 pS/cm to 2000 pS/cm.
  • the hydrotimetric title of the industrial water is less than or equal to 80°f, preferably less than or equal to 50°f.
  • Industrial water refers to water used for industrial purposes, as opposed to domestic water and agricultural water.
  • solution of water treated on a cationic ion exchanger is meant a solution with a conductivity greater than or equal to 100 pS/cm, which is either decarbonated water such as TH ⁇ TAC + 3°f, or permuted water such TH ⁇ 3°f, where TH and TAC are respectively the titer hydrotimetric and the alkalimetric title of the water solution treated on the cationic ion exchanger considered, expressed in French degrees.
  • solution of demineralized water is meant a solution having a conductivity of less than or equal to 100 pS/cm.
  • Demineralised water is water that no longer contains any ions in solution (such as Ca2+ or HCO3-...), nor any dissolved neutral mineral substances (hydroxides of aluminum (Al(OH)3) or iron).
  • (III) Fe(OH)3), dissolved silica (Si(OH)4).
  • the hydrotimetric title of demineralized water is less than or equal to l°f.
  • aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is meant a solution whose conductivity is greater than or equal to 20 pS/cm, and such that its hydrotimetric titer TH is greater than 50°f.
  • the hydrometric title TH of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is at least five (5) times greater than the hydrometric title of the industrial water solution.
  • aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is meant a solution whose concentration of Mg 2+ and Ca 2+ ions is greater than the concentration of Mg 2+ and Ca 2+ ions of the solution of industrial water, water solution treated on a cationic ion exchanger, demineralised water solution. Furthermore, and advantageously, the use of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions makes it possible to produce more easily and on demand, cooling water having a composition close to the final target composition. In fact, the use of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is particularly advantageous when water that is harder than the available industrial water is needed, or else to stabilize a water composition by in relation to seasonal variations.
  • the preparation process may additionally have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the supply step comprises the supply of a third or a fourth chosen aqueous solution distinct from each other and distinct from the first aqueous solution and from the second aqueous solution, said third or fourth aqueous solution being selected from the group consisting of:
  • the first mixing step comprises mixing the third and/or the fourth aqueous solution with the first and the second aqueous solution. It is therefore clearly understood that the phase of mixing the first volume of the first aqueous solution and the second volume of the second aqueous solution is not limiting and that it can also comprise the mixing of a number of volumes of aqueous solutions distinct greater than two.
  • the cooling water is obtained by a mixture of four volumes of aqueous solutions, each volume of aqueous solution coming respectively from the industrial water solution, from the water solution treated on an ion exchanger cations, demineralized water solution, and aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions.
  • the final target composition corresponds to the composition of a cooling water available on an industrial production site, for example a casting production site.
  • the calculation step is implemented by a calculation unit configured to calculate the first volume of the first aqueous solution and the second volume of the second aqueous solution so as to minimize a difference between said at least a useful parameter defining the mixture composition and said at least one useful parameter defining the target final composition.
  • the calculation unit makes it possible to make choices of priority on the precision of one of the useful parameters with respect to others. In this way, it is possible to implement the preparation method in the case where there is no single or exact mathematical solution for the preparation of cooling water having a composition close to the final target composition.
  • each of the first composition, of the second composition, of the mixture composition, and of the final target composition is defined by a plurality of useful parameters
  • the calculation step can then be implemented by weighting each useful parameter of said plurality of useful parameters by a weighting coefficient.
  • the mixing phase comprises:
  • the mixing phase comprises a second mixing step in which at least one correction element chosen from the group consisting of a volume of the industrial water solution, a volume of the water solution treated on the cationic ion exchanger, a volume of the demineralized water solution, a volume of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions, a mass of salt, and a mass of pH correctors, is mixed with the mixture solution so as to manufacture a corrected mixture volume of a corrected mixture solution characterized by a corrected mixture composition which is defined by at least one useful parameter, said at least one correction element being chosen so that a corrected difference between a corrected value of said at least one useful parameter defining the corrected mixture composition and said target value is less than the initial difference.
  • at least one correction element chosen from the group consisting of a volume of the industrial water solution, a volume of the water solution treated on the cationic ion exchanger, a volume of the demineralized water solution, a volume of the aqueous solution containing Mg 2+
  • the second mixing step is implemented as long as the corrected difference is greater than the threshold difference.
  • the control step includes determining the corrected difference.
  • the threshold difference can be equal to 10% of the target value.
  • At least one mixing step from among the first mixing step and the second mixing step is implemented so as to maintain the corrected mixing solution at a temperature between 10°C and 35°C, preferably between 12°C and 30°C.
  • the preparation process further comprises a step of providing at least one addition element chosen from the group comprising salts and pH correctors, the first mixing step further comprising the the act of mixing a mass of addition element, said mass of addition element being determined according to the first composition and the second composition, and the target final composition.
  • the salts and pH correctors comprise: sodium chloride NaCI, sodium bicarbonate NaHCOs, sodium carbonate Na2CÜ3, calcium chloride CaCL, magnesium sulfate MgSO 4 , magnesium chloride MgCL , and sodium bromide NaBr.
  • the mass of addition element is diluted in an aqueous solution before the first mixing step during a dilution step.
  • the mass of addition element can be diluted in part of the solution of deionized water.
  • the solution of water treated on a cationic ion exchanger is decarbonated water obtained according to the following steps:
  • degassing step in which water leaving the cation exchanger is degassed, so as to obtain decarbonated water.
  • said weak cationic resin is capable of capturing divalent cations of calcium Ca 2+ or of magnesium Mg 2+ bound to carbonate or bicarbonate ions.
  • the degassing step comprises the degassing of water loaded with dissolved carbonic acid (coming from carbonates and bicarbonates of calcium and magnesium) leaving the cation exchanger.
  • the degassing step is implemented naturally, leaving the water leaving the cation exchanger in the open air.
  • the degassing step is implemented in a degassing column.
  • the degassing step is implemented by subjecting the water leaving the cation exchanger to successive cascades, or by mixing, stirring, bubbling, or by using a column trickling degassing system in which air is injected against the current.
  • the solution of water treated on a cationic ion exchanger is permuted water obtained according to the following steps:
  • said strong cationic resin is capable of capturing divalent calcium Ca 2+ or magnesium Mg 2+ cations bound to carbonate or bicarbonate ions.
  • the use of strong cationic resin to obtain the water solution treated on the cationic ion exchanger is advantageous in the case where the industrial water solution is not very calcareous and of low alkalinity. It is possible to use a salt regeneration mode (softener type) or a dilute strong acid regeneration mode (cations totally permuted by H3O+ ions). If a salt regeneration mode, such as NaCI or Na2SO4, is used, the permuted water can also be called “softened water”.
  • Softened water is water in which the Ca2+ and Mg2+ cations have been replaced by Na+ from the resin. If a dilute strong acid regeneration method is used, the permuted water can also be called “water whose cations are all permuted by hydronium H ⁇ O+ ions”. This water is a water in which the Ca2+ and Mg2+ cations have been replaced by the hydronium H3O+ ions coming from the resin.
  • the step of charging on weak or strong cationic resin comprises a step of detecting the level of charge, in which a measurement of variation in the pH or of another parameter of the water present at the outlet of the cation exchanger is carried out, so as to deduce therefrom (for example for future cycles) the charge level of the cation exchanger at any time.
  • the demineralized water solution is obtained by a demineralization step in which part of the solution of decarbonated water or permuted water is demineralized by a process of reverse osmosis or of exchange of ions on a demineralization resin so as to obtain the demineralized water solution.
  • the demineralization process conventionally comprises a permutation operation on a strong cationic resin, degassing and an anion permutation operation on one or two anionic resins (depending on the composition of the water and in particular its alkalinity).
  • the step of permutation on a cationic resin is not necessary to obtain demineralised water.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is obtained during an elution step in which a strong acid is circulated in the cation exchanger, so that ions Mg 2+ and Ca 2+ captured by the weak cationic resin or by the strong cationic resin are dissolved, so as to produce the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions.
  • the elution step comprises a measurement step in which a pH of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is measured, so as to optimize the quantity of acid used, and so as to optimize the regeneration of the cation exchanger.
  • a quantity of strong acid added during the elution step is defined relative to a volume of weak or strong cationic resin to be treated.
  • Such a quantity of strong acid can for example form part of the technical data of the cationic resin used, said data specifying the volume and the concentration of strong acid necessary to regenerate said cationic resin.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is obtained by withdrawing a partial quantity of the solution obtained during the elution step.
  • a partial quantity may correspond to a quantity of water produced at the start of the elution step.
  • the rest of the water produced during the elution step necessary for the regeneration of the cation exchanger is then treated and rejected.
  • the strong acid is hydrochloric acid or sulfuric acid, preferably diluted between 2 and 10% in water.
  • the strong acid is a sulfuric acid
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions obtained at the elution stage contains dissolved CaSO 4 and MgSO 4 salts.
  • the elution step is implemented after the step of loading on weak cationic resin or after the step of loading on strong cationic resin. It is therefore well understood that the elution and charging steps make it possible to alternately vary the cation exchanger between the regenerated configuration and the charged configuration.
  • the preparation method further comprises a second analysis step in which at least one useful parameter of the industrial water solution chosen from the group comprising a calcium concentration, a magnesium concentration, a titer complete alkalimeter, an alkalimetric title, a hydrotimetric title, and a pH is measured.
  • the second analysis step can be implemented to determine a useful parameter of the water solution treated on a cationic ion exchanger, or on the demineralized water solution, or on the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions.
  • the object of the invention can also be achieved by using a cooling water obtained according to the preparation process described above, and characterized by said composition final target, to cool a product in a metallurgical processing step, such as casting, quenching, or hot rolling.
  • the object of the invention can also be achieved by implementing a method for casting a product, preferably in aluminum alloy, comprising the following steps:
  • a bath of liquid metal preferably of aluminum alloy, comprising, in% by weight, Cu: 0-6.0; Mg: 0-8; If 0-12; Zn 0 - 12; others ⁇ 3 each and ⁇ 10 in total, rest aluminium,
  • said liquid metal is cast, preferably by semi-continuous vertical casting such that, during a casting start-up phase, a first cooling water characterized by a first mixture composition obtained according to preparation process described above.
  • the casting process according to the invention comprises the preparation process defined above.
  • each of the first composition (cl), of the second composition (c2), of the mixture composition (cml), and of the final target composition (cfc), is defined by at least one useful parameter chosen from the group comprising a calcium concentration ( THCa), a magnesium concentration (THMg), a complete alkalimetric title (TAC), an alkalimetric title (TA), a hydrotimetric title (TH), a concentration of chloride ions (CCI), sulphates (CS), bromides (CBr), sodium ( CNa) and a pH ,
  • the preparation process may also have one or more characteristics presented above.
  • the casting process may further have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the casting process comprises a steady-state casting phase at the end of the casting start-up phase, characterized in that during the steady-state casting phase, a second cooling water is used characterized by a second composition, different from the first cooling water.
  • this second cooling water is obtained according to the preparation process.
  • this second composition is a second mixture composition obtained according to the preparation process.
  • the second cooling water is not obtained according to the preparation process of the invention, it can be an industrial water solution.
  • a casting device comprising a device for preparing cooling water, said preparation device comprising a mixing unit configured to receive a first aqueous solution characterized by a first composition and a second aqueous solution distinct from the first aqueous solution and characterized by a second composition, said first aqueous solution and said second aqueous solution being chosen from the group consisting of:
  • said mixing unit being further configured to mix a first volume of said first aqueous solution and a second volume of said second aqueous solution, so as to manufacture a mixture volume of a mixture solution characterized by a mixture composition and constituting all or part of the cooling water, said first volume of the first aqueous solution and second volume of the second aqueous solution being determined in depending on said first composition and said second composition, and so that the mixture composition tends towards a predetermined target final composition.
  • the casting device may also have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the mixing unit is configured to mix a number of volumes of aqueous solutions greater than or equal to two.
  • the preparation device comprises at least one reservoir chosen from:
  • a first tank configured to receive the industrial water solution
  • a second tank configured to receive the water solution treated on a cationic ion exchanger
  • a third tank configured to receive the demineralised water solution
  • a fourth tank configured to receive the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions.
  • the use of the first tank, the second tank, the third tank, and the fourth tank can be replaced by an in-line continuous mixing process.
  • continuous in-line mixing process we mean the possibility of carrying out the mixtures of the aqueous solutions directly in a piping system, a supply system or else by inserting a static mixer or low-volume mixing reactor.
  • the mixing unit is further configured to receive at least one addition element chosen from the group comprising salts and pH correctors, and to mix a mass of addition element with the mixing solution, said mass of addition element being determined according to the first composition, the second composition, and the target final composition.
  • the preparation device further comprises an addition element storage unit configured to store said at least one addition element.
  • the casting device further comprises a calculation unit configured to determine the first volume of the first aqueous solution and the second volume of the second aqueous solution as a function of a useful parameter defining the first composition, d 'a useful parameter defining the second composition, and so that a useful parameter defining the mixture composition tends towards a useful parameter defining the final target composition.
  • the casting device further comprises a cation exchanger comprising an active material, said cation exchanger being configured to vary between a charged configuration in which divalent cations of calcium Ca 2+ or magnesium Mg 2+ are linked to the active material, and a regenerated configuration in which the active material is capable of capturing divalent cations of calcium Ca 2+ or of magnesium Mg 2+ , said cation exchanger comprising means making it possible to connect it to the unit of blend.
  • the cation exchanger comprises a weak cationic resin.
  • the cation exchanger comprises a strong cationic resin.
  • the cation exchanger comprises means making it possible to connect it to at least one reservoir, for example the first reservoir, the second reservoir, the third reservoir, or the fourth reservoir.
  • the casting device further comprises a reverse osmosis unit or an ion exchanger on demineralization resin, said reverse osmosis unit or said ion exchanger comprising means making it possible to connect it to the mixing unit and to the cation exchanger.
  • said reverse osmosis unit or said ion exchanger on demineralization resin comprises means making it possible to connect it to at least one tank, for example the first tank, the second tank, the third tank, or the fourth tank .
  • the preparation device comprises a strong acid supply, said strong acid supply being configured to be connected to the cation exchanger.
  • the casting device further comprises an analysis unit configured to measure at least one useful parameter chosen from the group comprising: a calcium concentration, a magnesium concentration, a complete alkalimetric title, an alkalimetric title , a hydrotimetric title, and the pH.
  • the mixing unit comprises a temperature control system comprising a temperature sensor configured to measure a mixing temperature corresponding to the temperature of the mixing solution, said temperature control system being configured to maintain the mixing temperature between 10°C and 35°C, preferably between 12°C and 30°C.
  • the temperature control system comprises heating means configured to heat the mixing unit, when the mixing temperature is less than or equal to 10°C, preferably less than 12°C.
  • the temperature control system comprises cooling means configured to cool the mixing unit, when the mixing temperature is greater than or equal to 35°C, preferably 30°C.
  • Figure 1 is a schematic view of the casting device comprising a preparation device according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic view of certain elements of the casting device for preparing aqueous solutions, according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic view of the steps of the preparation process according to a particular embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a process for preparing a cooling water 1 intended to cool a product during a metallurgical transformation operation and in particular for casting applications of foundry parts.
  • the invention also relates to the use of a cooling water 1 obtained according to this preparation process, to cool a product in a metallurgical transformation step, such as casting, quenching, or hot rolling.
  • a metallurgical transformation step such as casting, quenching, or hot rolling.
  • a start-up step is not preponderant with regard to the quality of the final product because it is possible to trim the part of the product with defects, it is important to control the cooling during the start-up phase of a product obtained by semi-continuous casting at the risk of not being able to manufacture.
  • a person skilled in the art knows how to implement suitable casting conditions to minimize the appearance of these defects. However, it is important that the conditions found be reproducible from one heat to another. The inventors found that in particular it was important to have reproducible cooling water during all the start-up phases in order to guarantee the same thermal efficiency. The inventors have solved this problem by proposing a method for preparing a cooling water making it possible to manufacture a target cooling water on demand.
  • the target cooling water may correspond to industrial water available on a site on which the casting process will be implemented on a large scale, this site being different from the production site envisaged for the implementation of the preparation cooling water.
  • the target cooling water may correspond to industrial water available during a certain period of the year. This is the case, for example, when a site's industrial water is drawn from a river and its composition changes depending on the summer/winter seasonality. It may be interesting to choose to always have identical industrial water whatever the season.
  • the target cooling water can be a water considered suitable for the start of casting by virtue of its energetic efficiency quality.
  • Figure 1 shows a casting process for a product, preferably in aluminum alloy, which comprises the following steps:
  • a bath of liquid metal preferably of aluminum alloy, comprising, in% by weight, Cu: 0-6.0; Mg: 0-8; If 0-12; Zn 0 - 12; others ⁇ 3 each and ⁇ 10 in total, remains aluminum, and
  • an aluminum alloy of the AAlxxx or AA2xxx or AA3xxx or AA4xxx or AA5xxx or AA6xxx or AA7xxx series is cast.
  • examples of AAlxxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435 AA1145 AA1345 AA1445 AA1150 AA1350 AA1350A AA1450 AA1370 AA1275 AA1185 AA1285 AA1385 AA1188 AA1199.
  • Non-limiting examples of AA2xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111 , AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2 219,AA2319,AA2419,2022,AA,AA24,20AA2124,AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA20
  • Examples of non-limiting AA3xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005 , AA3005A, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3 015, AA3016, AA30,26, AA30, AA30, AA30 or AA3065.
  • Non-limiting examples of AA4xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA 4017 AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA40 47, AA4047A, or AA44
  • Non-limiting examples of AA5xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA
  • Non-limiting examples of AA6xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA6101, AA6101 A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005 B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA
  • Examples of non-limiting AA7xxx series aluminum alloys for use in the processes described herein may include AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, /K7O1, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA70
  • the casting process may comprise a steady-state phase c at the end of the casting start-up phase, characterized in that during the steady-state phase of casting c, a second cooling water is used.
  • the second cooling water lb is characterized by a second target final composition cfb.
  • this second cooling water 1b can also be obtained according to the preparation process which will be described more precisely below.
  • the second cooling water lb can correspond to an industrial water solution 3.
  • Figures 1 to 3 show a non-limiting example of a preparation process according to a particular embodiment of the invention.
  • the preparation process comprises a first step of analysis E1 of the composition of a target cooling water 1.
  • This analysis step makes it possible to determine a final target fcc composition.
  • the determination of a composition corresponds to the determination of at least one useful parameter chosen from the group comprising a calcium concentration THCa, a magnesium concentration THMg, a complete alkalimetric title TAC, a alkalimetric title TA, a hydrotimetric title TH, a concentration of chloride ions CCI, sulphates CS, bromides CBr, sodium CNa, and a pH.
  • the final target fcc composition determined by the first step of analysis El, makes it possible to define at least one useful target pue parameter chosen from the group comprising a calcium concentration THCa, a magnesium concentration THMg, a complete alkalimetric titer TAC, a alkalimetric title TA, a hydrotimetric title TH, a concentration of chloride ions CCI, sulphates CS, bromides CBr, sodium CNa, and a pH.
  • the preparation process also comprises a step E6 of supplying at least one first aqueous solution characterized by a first composition c1 and at least one second aqueous solution distinct from the first aqueous solution and characterized by a second composition c2, said first aqueous solution and said second aqueous solution being selected from the group consisting of:
  • the first composition cl, and the second composition c2 are defined by at least one useful parameter pul and pu2 chosen from the group comprising a calcium concentration THCa, a magnesium concentration TH Mg, a complete alkalimetric title TAC, an alkalimetric title TA, a hydrotimetric title TH, a concentration of chloride ions CCI, sulphates CS, bromides CBr, sodium CNa, and a pH.
  • Said at least useful parameter pul and pu2 defined are of the same nature as said at least useful parameter pue target.
  • the compositions c1 and c2 are different.
  • the industrial water solution 3 is characterized by a conductivity of between 100 pS/cm and 2000 pS/cm.
  • the water solution treated on cationic ion exchangers 5 is decarbonated water, preferably decarbonated water with a conductivity greater than or equal to 100 pS/cm and a hydrotimetric title TH in French degrees (°f) and a complete TAC alkalimetric title in French degrees (°f) such as TH ⁇ TAC + 3°f.
  • the water solution treated on cationic ion exchangers 5 is permuted water, preferably permuted water with a conductivity greater than or equal to 100 pS/cm and a hydrotimetric titer TH in French degrees (°f) such that TH ⁇ 3°f.
  • the demineralized water 7 has a conductivity of less than 100 pS/cm.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions has a conductivity greater than or equal to 20 pS/cm and a hydrotimetric titer TH in French degrees (°f) such that TH>50°f.
  • the first aqueous solution and the second aqueous solution can both be a solution of industrial water or a solution of water treated on a cationic ion exchanger or an aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions, the compositions c1 and c2 being however different.
  • FIG. 2 more particularly illustrates various means of obtaining the four solutions cited above.
  • the industrial water solution 3 corresponds for example to a water present on an industrial site on which the preparation process which is the subject of the invention is implemented. It is possible that this industrial site is a separate site from the industrial site on which the target cooling water is available.
  • the target cooling water may correspond to industrial water available on a site on which the casting process will be implemented on a large scale.
  • the industrial water solution 3 can for its part correspond to an industrial water present on an industrial site for the development of the casting process.
  • the industrial water solution 3 can also come from a pumping in the water table, then treated by various stages such as a deferrization, and/or a filtration, and/or a red-ox stabilization, to be stable and usable for the industrial needs of the site.
  • the industrial water solution 3 can also come from a basin allowing the water to be recycled by cooling (for example using an air-cooling tower or a chiller).
  • a second analysis step E2 in which at least one useful parameter of said industrial water solution 3 chosen from the group comprising a concentration of calcium THCa, a concentration of magnesium THMg, a complete alkalimetric title TAC, an alkalimetric title TA, a hydrotimetric title TH, a concentration of chloride ions CCI, sulphates CS, bromides CBr, sodium CNa, and a pH is measured.
  • the useful parameter analyzed in the analysis step E2 is of the same nature as said at least useful target parameter stinks.
  • hydrotimetric title TH is chosen to define the final target cFC composition, the hydrotimetric title TH of the industrial water 3 is determined.
  • a second analysis step E2 can also be implemented. works to determine at least one useful parameter of the water solution treated on the cationic ion exchanger 5, and/or to determine at least one useful parameter of the demineralised water solution 7, and/or to determine at least one useful parameter of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions.
  • aqueous solutions this includes the group consisting of the industrial water solution 3, the water solution treated on a cationic ion exchanger 5, the solution of demineralized water 7, and the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions 9.
  • the solution of water treated on a cationic ion exchanger 5 can be obtained according to two methods described below.
  • the solution of water treated on the cationic ion exchanger 5 is decarbonated water obtained according to the following steps:
  • the degassing step E34 can for example be implemented naturally, by leaving the water leaving the cation exchanger 20 in the open air.
  • the degassing step E34 can be implemented in a degassing column 24.
  • the degassing step E34 can be implemented by subjecting the water leaving the column to successive cascades. cation exchanger 20, or by stirring, agitation, bubbling, or by the use of a trickle degassing column 24 into which air is injected in countercurrent.
  • the decarbonated water has a conductivity greater than or equal to 100 pS/cm and a hydrotimetric title TH in French degrees (°f) and a complete alkalimetric title TAC in French degrees (°f) such that TH ⁇ TAC + 3° f.
  • the water solution treated on the cationic ion exchanger 5 is permuted water obtained according to the following steps:
  • the load step E32, E33 comprises a load level detection step, in which a measurement of variation in the pH or of another parameter of the water present at the outlet of the heat exchanger cation exchanger 20 is carried out, so as to deduce therefrom (for example for future cycles) the charge level of the cation exchanger 20 at any time.
  • permuted water with a conductivity greater than or equal to 100 pS/cm and a hydrotimetric title TH in French degrees (°f) such that TH ⁇ 3°f.
  • the demineralized water solution can be obtained by any process known from the state of the art.
  • the demineralized water solution 7 can be obtained by a demineralization step E41 in which part of the solution of decarbonated water or deionized water is demineralized by a process of reverse osmosis Tl or ion exchange on a series of demineralization resins (cationic / anionic) 25 so as to obtain the solution of demineralized water 7.
  • the demineralized water solution 7 can be obtained by a charging step E33 so as to swap the cations by Hydronium H3O+ ions on the strong cationic resin, followed by a step E41 of demineralization on resins 25 in which part of the water whose cations are already permuted by H3O+ will simply be treated on a series of anionic resins 25.
  • a preliminary degassing can be carried out before passage on anionic resins 25.
  • the demineralized water 7 has a conductivity of less than 100 pS/cm.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions is obtained during an elution step E43 in which a strong acid 11 is circulated in the cation exchanger 20, so that ions Mg 2+ and Ca 2+ captured by the weak cationic resin 21 or by the strong cationic resin 23 are dissolved, so as to produce the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions 9.
  • the acid strong 11 is hydrochloric acid or dilute sulfuric acid preferably at a concentration between 2 and 10% in water.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions obtained in the elution step E43 also contains dissolved CaSO 4 and MgSO 4 salts .
  • These salts are particularly interesting to obtain because they avoid the use of elements of addition containing sulphur. Indeed, this aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions contains CaSO 4 and MgSO 4 salts is obtained directly from industrial water and an acid. On the one hand, this avoids supplying salts such as calcium sulphate (CaSO4) or magnesium sulphate (MgSO 4 ). And on the other hand, it is known in particular that calcium sulphate, commonly called “plaster” in everyday language, has a very low solubility in water and its dissolution is complex and difficult.
  • the elution step E43 is implemented after the loading step E32, E33. It is therefore clearly understood that the steps of elution E43, and of charging E32, E33, make it possible to alternately vary the cation exchanger 20 between the regenerated configuration and the charged configuration.
  • the elution step E43 can comprise a measurement step E45 in which a pH of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions is measured.
  • the elution step E43 being implemented by the circulation of a strong acid in the cation exchanger 20, it is possible to find traces of strong acid 11 in the aqueous solution containing Mg ions 2+ and Ca 2+ 9, which can contribute to lowering its pH.
  • a quantity of strong acid 11 added during the elution step E43 is defined relative to a volume of weak 21 or strong 23 cationic resin to be treated.
  • a quantity of strong acid 11 can for example form part of the technical data of the cationic resin 21, 23 used, said data specifying the volume and the concentration of strong acid 11 necessary to regenerate said cationic resin 21, 23. way, it is possible to prevent the mixing of the strong acid 11 with the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions when the weak 21 or strong 23 cationic resin is totally regenerated.
  • the measurement step E45 can be implemented by measuring a parameter other than the pH, such as for example the measurement of the conductivity. In this way, it is possible to know and control any excess of strong acid 11 during the elution step E43.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions has a conductivity greater than or equal to 20 pS/cm and a hydrotimetric titer TH in French degrees (°f) such that TH>50°f.
  • the preparation process may further comprise a step E51 of making available at least one addition element chosen from the group comprising salts 13 and pH correctors 15.
  • the salts 13 and pH 15 correctors may include in particular: sodium chloride NaCl, sodium bicarbonate NaHCOs, sodium carbonate Na2CÜ3, calcium chloride CaCL, magnesium sulphate MgSO 4 , magnesium chloride MgCL, and bromide of sodium NaBr.
  • a mass denoted “m” of addition elements can then be diluted in an aqueous solution during a dilution step E53 to form an addition solution.
  • the mass m of addition element can be diluted in part of the demineralized water solution 7.
  • several masses mj corresponding to each addition element j are diluted in an aqueous solution.
  • this step E6 of supplying the first aqueous solution and the second aqueous solution is not limiting and that it can also comprise the supply of a number of volumes of distinct aqueous solutions greater than two.
  • the supply step E6 may comprise the supply of a third or a fourth chosen aqueous solution distinct from each other and distinct from the first aqueous solution and from the second aqueous solution, said third or fourth aqueous solution being chosen from the group composed of:
  • the industrial water solution 3 the water solution treated on a cationic ion exchanger 5
  • the demineralised water solution 7 the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions 9.
  • the preparation method may then comprise a calculation step E7 in which a first volume VI of the first aqueous solution and a second volume V2 of the second aqueous solution are determined according to said at least one useful parameter pul defining the first composition cl, and said at least one useful parameter pu2 defining the second composition c2.
  • the calculation step E7 also aims to determine the mass m of addition element as a function of the first composition cl, of the second composition c2, and of the final target composition fcc.
  • the determination of a first volume VI of a first aqueous solution, and of a second volume V2 of a second aqueous solution is not limiting, and the calculation step E7 can also comprise the determination a third volume V3 of a third aqueous solution characterized by a third composition c3, and a fourth volume V4 of a fourth aqueous solution characterized by a fourth composition c4.
  • volume VI, V2, V3, and V4 of aqueous solutions, and this mass m are intended to be mixed during a mixing phase P3 which will be described later, and so as to produce a volume of mixture Vml of a mixture solution characterized by a mixture composition cml which can also be defined by at least one useful parameter puml chosen from the group comprising a calcium concentration THCa, a magnesium concentration THMg, a complete alkalimetric title TAC, an alkalimetric title TA, a hydrotimetric titer TH, a concentration of chloride ions CCI, sulphates CS, bromides CBr, sodium CNa, and a pH.
  • the purpose of the calculation step E7 is therefore to determine the volumes of aqueous solutions VI, V2, V3, and V4, and the mass m so that said at least one useful parameter puml defining the mixture composition cml tends towards said at least minus one useful parameter stinks defining the final target composition fcc. It is therefore well understood that depending on the calculation step, the volumes V1, V2, V3, or V4 can be harmed and that the mass m can be zero.
  • the calculation step E7 makes it possible to determine the first volume VI of the first aqueous solution determined by at least one first useful parameter pul of the same nature as the at least useful parameter pue target and the second volume V2 of the second aqueous solution determined by at least one second useful parameter pu2 of the same nature as the at least useful target pue parameter.
  • Vml Vl+V2
  • the calculation method described consists in solving as many systems of equations as determined target useful parameters.
  • the calculation step E7 is implemented by a calculation unit 30 configured to calculate the first volume VI of the first aqueous solution and the second volume V2 of the second aqueous solution so as to minimize a difference between said at least one useful parameter defining the composition of the cm1 mixture and said at least one useful parameter defining the final target composition fcc.
  • the calculation unit 30 makes it possible to make choices of priority on the precision of one of the useful parameters with respect to others. In this way, it is possible to implement the preparation method in the case where there is no single or exact mathematical solution for the preparation of the cooling water 1 having a composition close to the final target composition ccc.
  • each of the first composition c1, of the second composition c2, of the mixture composition cm1, and of the final target composition ccc is defined by a plurality of useful parameters
  • the calculation step E7 can then be implemented by weighting each useful parameter of said plurality of useful parameters by a weighting coefficient.
  • the calculation step E7 can be implemented by comparing each useful parameter with another useful parameter of the same type.
  • the calculation step E7 makes it possible to determine the first volume VI of the first aqueous solution and the second volume V2 of the second aqueous solution by comparing the complete alkalimetric title TAC of the first aqueous solution , the complete alkalimetric title TAC of the second aqueous solution, and the complete alkalimetric title TAC of the cooling water 1.
  • each useful parameter can be compared with another useful parameter of the same type during the calculation step E7 .
  • the preparation process finally comprises the mixing phase P3 comprising a first mixing step E8 in which the first volume VI of the first aqueous solution and the second volume V2 of the second aqueous solution are mixed, so as to manufacture the volume of mixture Vml of a mixture solution characterized by a composition of cml mix.
  • This mixing solution then constitutes all or part of the cooling water 1.
  • said first volume VI of the first aqueous solution and second volume V2 of the second aqueous solution are determined during calculation step E7, as a function of said first composition c1 and of said second composition c2, and of so that the cml blend composition tends towards the final predetermined fcc target composition.
  • the mixing phase P3 is not limited to the first volume VI of the first aqueous solution and to the second volume V2 of the second aqueous solution and can also include the mixing of a number of volumes of separate aqueous solutions greater than two.
  • the supply step E6 may comprise mixing the third and/or the fourth aqueous solution with the first and the second aqueous solution.
  • the first mixing step E8 can also comprise the fact of mixing the mass m of addition element, itself also determined during the calculation step E7.
  • the cooling water 1 can be obtained by a mixture of four volumes VI, V2, V3, V4 of aqueous solutions, each volume of aqueous solution coming respectively from the industrial water solution 3, of the water solution treated on a cationic ion exchanger 5, of the demineralized water solution 7, and of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions, and of the mass m of addition element.
  • the mixing phase P3 can then comprise a step E9 of controlling the mixture composition cml, in which an intermediate value of said at least one useful parameter defining the mixture composition cml is determined, so as to calculate an initial difference between said value intermediary and a target value of said at least one useful parameter defining the final target composition fcc.
  • the control step E9 therefore makes it possible to determine the difference between the useful parameters of the mixture composition cm1 and the corresponding useful parameters of the final target composition ccf. In other words, the control step E9 makes it possible to quantify whether the composition of the mixture cm1 is sufficiently close to the final target composition ccc.
  • the mixing phase may comprise a second mixing step E10 in which at least one correction element is mixed with the mixing solution so as to produce a corrected mixing volume Vm2 of a corrected mixing solution characterized by a corrected mixing composition cm2 which is defined by at least one useful parameter.
  • This corrective element is Tl chosen from the group consisting of a volume of the industrial water solution 3, a volume of the water solution treated on a cationic ion exchanger 5, a volume of the demineralised water solution 7 , a volume of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions 9, a mass ml of salt 13, and a mass m2 of pH correctors 15.
  • the correction element is chosen so that a corrected deviation between a corrected value of said at least one useful parameter defining the corrected mixture composition cm2 and said target value is less than the initial deviation.
  • control step E9 provision may be made for the control step E9 to include the determination of the corrected difference, and for the second mixing step E10 to be implemented iteratively as long as the corrected difference is greater than the threshold deviation.
  • the threshold deviation can be equal to 10% or 5% or 3% of the target value.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ ions is such that the concentration of Mg 2+ and Ca 2+ ions is greater than the concentration of Mg 2+ and Ca 2+ ions of the solution of industrial water, water solution treated with a cationic ion exchanger, or demineralised water solution.
  • the preparation process, and the casting process can be implemented by means of a casting device 100, object of the invention.
  • the casting device represented in FIG. 1, comprises a device 50 for preparing a cooling water 1.
  • the preparation device 50 can in particular comprise at least one tank chosen from:
  • a first tank 33 configured to receive the industrial water solution 3;
  • a second tank 35 configured to receive the water solution treated on cationic ion exchanger 5;
  • a third tank 37 configured to receive the demineralised water solution 7;
  • FIG. 1 presents a preparation device 50 comprising four reservoirs.
  • the use of the first reservoir 33, of the second reservoir 35, of the third reservoir 37, and of the fourth reservoir 39 can be replaced by a process of continuous mixing in line.
  • continuous in-line mixing process is meant the possibility of carrying out the mixtures of the aqueous solutions directly in a piping or supply system.
  • the casting device 100 may further comprise a cation exchanger 20 (FIG. 2) comprising an active material, said cation exchanger 20 being configured to vary between a charged configuration in which divalent cations of calcium Ca 2+ or magnesium Mg 2+ are linked to the active material, and a regenerated configuration in which the active material is capable of capturing divalent cations of calcium Ca 2+ or of magnesium Mg 2+ , said cation exchanger 20 comprising means allowing it to be linked to the mixing unit 31 not shown.
  • the active material may comprise either a weak cationic resin 21 or a strong cationic resin 23. As illustrated in FIG. 2, the cation exchanger 20 is included in the preparation device 50.
  • the cation exchanger 20 may comprise means making it possible to connect it to at least one reservoir, for example the first reservoir 33, the second reservoir 35, the third reservoir 37, or the fourth reservoir 39.
  • These means may for example comprise pipes making it possible to carry out a fluidic transfer towards and out of the cation exchanger 20.
  • the casting device 100 may also comprise a reverse osmosis unit 27 or an ion exchanger on demineralization resin 25, said reverse osmosis unit 27 or said ion exchanger comprising means making it possible to connect it to a mixing unit 31 and to the cation exchanger 20 not shown.
  • the reverse osmosis unit T1 or said ion exchanger on demineralization resin 25 comprises means making it possible to connect it to at least one tank, for example the first tank 33, the second tank 35, the third tank 37, or the fourth reservoir 39.
  • the reverse osmosis unit T1 comprises means allowing it to be connected fluidically to the second reservoir 35, and to the third reservoir 37.
  • the preparation device 50 may comprise a strong acid supply 41 configured to be connected to the cation exchanger 20, and an addition element storage unit 32 configured to store at least one addition element chosen from the group comprising 13 salts and 15 pH correctors.
  • first tank 33, second tank 35, third tank 37, fourth tank, and storage unit 32 are fluidly connected to a mixing unit 31.
  • the mixing unit 31 is configured to receive the first aqueous solution characterized by the first composition c1 and the second aqueous solution distinct from the first aqueous solution and characterized by the second composition c2, said first aqueous solution and said second aqueous solution being chosen in the group consisting of:
  • the mixing unit 31 is further configured to mix a first volume VI of said first aqueous solution and a second volume V2 of said second aqueous solution, so as to produce a mixing volume Vml of a mixing solution characterized by a cml mixture composition and constituting all or part of the cooling water 1.
  • the mixing unit 31 can be configured to mix more than two volumes of aqueous solutions.
  • the mixing unit 31 is further configured to receive and to mix a mass m of addition element with the mixing solution, said mass m of addition element being determined as a function of the first composition cl, of the second composition c2, and the final target composition ccc.
  • the mixing unit 31 comprises a temperature control system 61 comprising a temperature sensor 63 configured to measure a mixing temperature corresponding to the temperature of the mixing solution.
  • the temperature control system 61 is then configured to maintain the mixing temperature between 10°C and 35°C, preferably between 12°C and 30°C.
  • the temperature control system 61 may be provided with heating means 65 configured to heat the mixing unit 31, when the mixing temperature is less than or equal to 10°C or 12°C.
  • the temperature control system 61 can also comprise cooling means 67 configured to cool the mixing unit 31, when the mixing temperature is greater than or equal to 35°C or 30°C.
  • the casting device 100 can advantageously comprise an analysis unit 60 configured to measure at least one useful parameter chosen from the group comprising: a calcium concentration THCa, a magnesium concentration THMg, a complete alkalimetric title TAC, a alkalimetric title TA, a hydrotimetric title TH, and the pH.
  • the analysis unit 60 can in particular be used to implement the first analysis step E1 and the second analysis step E2 of the preparation process.
  • the casting device 100 may comprise a calculation unit 30 configured to determine the first volume VI of the first aqueous solution and the second volume V2 of the second aqueous solution as a function of a useful parameter defining the first composition cl, d a useful parameter defining the second composition c2, and such that a useful parameter defining the mixture composition cm1 tends towards a useful parameter defining the final target composition ccf.
  • the calculation unit is able to implement the calculation step E7 according to the embodiments described above and below.
  • the preparation process and its implementation with the casting device 100 can be better understood on the basis of the examples given below, given by way of non-limiting example.
  • a cooling water 1 is prepared according to a target industrial water.
  • Table 1 describes the composition of the industrial water solution 3 which may for example correspond to the first composition cl, and the final target composition ccf obtained during the first analysis step El, and the second step d E2 analysis.
  • industrial water solution 3 characterized by composition c1 has high hardness, high alkalinity and a high content of chloride ions.
  • This industrial water solution 3 can be stored in a first reservoir 33.
  • Part of the industrial water solution 3 can then undergo a charge step E32 when it circulates in the cation exchanger comprising a weak cationic resin 21 (RESINEX KW-H resin, from the company Jacobi Carbons, Sweden) .
  • the industrial water solution 3 circulates with a flow rate of 5m 3 /h, then on a degasser during the degassing step E34.
  • the degasser comprises a trickle column with counter-current air flow which is located above a second tank 35. In this second tank, the water solution treated on cationic ion exchanger 5 which is then decarbonated water having in this example a second composition c2.
  • the second reservoir 35 may include means which allow it to be fluidically connected to a reverse osmosis unit T1, in order to be able to supply the third reservoir 37 with demineralized water.
  • the reverse osmosis unit T1 comprises nine membranes and operates with a purge rate of 25%.
  • This reverse osmosis unit T1 is capable of producing between 1m 3 /h and 2m 3 /h of the demineralized water solution 7 during the demineralization step E41.
  • Said solution of demineralised water then has a composition c3 which is stored in a third reservoir 37.
  • the elution step E43 is implemented so as to produce the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca ions. 2+ 9 having a fourth composition c4, part of which will be stored in a fourth reservoir 39.
  • the elution step E43 can be implemented when a low percentage of resin load 21 compared to the calculated theoretical saturation for the cation exchanger is between 60% and 90% of the saturation.
  • the elution step E43 comprises:
  • the use of weak cationic resins 21 makes it possible to obtain effluents of relatively weak acidity which are simply neutralized by passage over a bed of granules of calcium carbonate.
  • Acid effluent is considered to be any water that is not used for the production of the casting water (1, la or lb), residues, part of the acid solution not used, rinsings).
  • the industrial water solution 3 has a first composition c1 determined during the second analysis step E2. This first composition cl of this industrial water solution 3 may be sufficiently stable over time not to require additional second analysis steps E2.
  • the second, third and fourth compositions c2, c3 and c4 can be deduced knowing the first composition of cl, as follows:
  • the water solution treated on a cationic ion exchanger 5 is obtained by decarbonation on a weak cationic resin 21.
  • the cations Na + (sodium), Ca 2+ (calcium) and Mg 2+ (magnesium) bound to the salts of strong acids (sulphates and chlorides) are not retained and will end up in the water solution treated on cationic ion exchanger 5 by passing through cation exchanger 20, as well as all the anions (carbonates, bicarbonates) .
  • the cations retained by the cation exchanger 20 (Mg 2+ and Ca 2+ bound to the carbonates and bicarbonates) will be retained on the weak cationic resin 21 and replaced by hydronium HsO + ions (2 HsO + ions per Ca 2+ ion or by Mg 2+ ion).
  • the second composition c2 in calcium and magnesium ions is therefore calculated, in this case, from the total hydrotimetric title TH according to the following formula:
  • TH (of the second composition c2) TH (of the first composition c1) - TAC (of the first composition c1).
  • THCa and THMg are therefore calculated in the water solution treated on cationic ion exchanger 5 by solving equations (1) and (2):
  • the TAC obtained after the degasser, was measured at 0.5°f at the outlet of the degasser. This value is stable and is not measured at each mix.
  • the demineralized water solution having the third composition c3 is produced by demineralization of the water solution treated on a cationic ion exchanger 5 during the demineralization step E41. It is possible to analyze the third composition c3 during a third analysis step consisting in measuring the conductivity of the solution. This third The analysis step makes it possible to determine that the main ions have a concentration of less than 5mg/L, except for sodium and chlorides (approximately 5mg/L).
  • the fourth composition c4 of the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions depends on the concentration of acid 11 used for the regeneration of the weak cationic resin 21.
  • the elution yield of the cation exchanger used estimated at 0.98.
  • the value of 0.98 corresponds to the elution efficiency of the cation exchanger used.
  • the concentration of calcium and magnesium ions (from which TH is calculated) then corresponds at the start of the elution step E43, to 0.98 times the concentration (in moles or in °f) of sulfuric acid. This concentration of sulfuric acid can be controlled by acid and water flow measurements, and an online conductivity measurement.
  • the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2 + 9 therefore has a fourth constant composition c4 which can be determined only once by carrying out the second analysis step E2 on the aqueous solution containing Mg 2+ and Ca 2+ 9 ions.
  • THCa R.TH/(1+R)
  • THMg TH/(1+R)
  • the steps of providing E51 of at least one addition and dilution element E53 makes it possible to form addition solutions of composition al, a2, a3, a4, and a5 corresponding to the dilution of the mass ml of salt , or the mass m2 of pH corrector in a volume of demineralized water solution 7 so as to provide an addition solution of MgSO 4 (at 10%) defined by a composition al, an addition solution of MgCL ( at 10%) defined by a composition a2, an addition solution of NaHCOs (at 8%) defined by a composition a3, and an addition solution of NaOH (at 5%) defined by a composition a4.
  • the 20% sulfuric acid solution used to regenerate the cation exchangers 20 is stored in a 3m3 tank. It can also be used as an addition solution defined by a composition a5.
  • the index i in the previous formula refers to the 6 useful parameters described in this example (THCa, THMg, TAC, CNa, CCI, CS).
  • Vml Vl+V2+V3+V4+Val+Va2+Va3+Va4+Va5, where VI, V2, V3, and V4 correspond to the volumes to be mixed of aqueous solutions of compositions cl, c2, c3, and c4 and Val, Va2, Va3, Va4, and Va5 correspond to the volumes to be mixed of addition solutions of composition a1, a2, a3, a4, a5.
  • Vml corresponds to the volume of cooling water to be produced. It is also possible to use flow rates by dividing the volumes by a unit of time. This parameter is defined by a single value. For this example, 24m 3 of cooling water solution is needed. This flow rate value is 2.4m 3 /h if the characteristic time is lOh (time interval between each casting for example).
  • c2i, c3i, c4i, ali, a2i, a3i, a4i, a5i correspond respectively to the useful parameters of the available aqueous solutions (3, 5, 7, 9), and of the solutions of addition of salts 13 and correctors of pH 15 available. Additional analysis steps can optionally be implemented to check each useful parameter.
  • a weighting coefficient yi can be used to prioritize one of the useful parameters.
  • concentration of magnesium THMg relative to the concentration of sodium CNa or the concentration of sulfate ions CS.
  • the following weighting coefficients yi are therefore chosen, making it possible to obtain the following mixture composition cml (table 4):
  • the calculation step E7 therefore then comprises the determination of the volumes to be mixed.
  • the unknowns are the 9 volumes of the solutions to be mixed (VI, V2, V3, V4, Val, Va2, Va3, Va4, Va5).
  • the calculation unit 30 then uses a solver which makes it possible to minimize the sum of the following deviations:
  • desired boundary conditions are added (i.e. all values are positive, volumes cannot be greater than the capacity of reservoirs 33, 35, 37, 39) so to obtain the volumes of each solution to be added, as well as the mixture composition cml of the mixture solution.
  • a volume Vml of 24 m3 of the mixing solution can be obtained by mixing the following volumes:
  • the mixing phase P3 then only comprises a first mixing step E8 by mixing in a mixing unit 31 the calculated volumes corresponding to the different solutions.
  • the first mixing step E8 of the aqueous solutions can be carried out in the following order: VI, V2, V3, V4, via a magnetic stirrer, then by adding the volumes of solutions of addition Val and Va2 while maintaining the stirring.
  • the preparation process can then comprise the control step E9 in which a control of the mixture composition cm1 obtained is carried out. This control includes:
  • the pH can then be corrected by adding bleach to obtain a desired amount of free chlorine so that the cml mixture composition tends towards the final target composition ccc.
  • Table 5 describes the composition of the industrial water solution which may for example correspond to the first composition c1, and also describes the final target composition fcc. These two compositions are obtained during the first analysis step El, and the second analysis step E2.
  • the aim is to obtain a cooling water 1 for which the useful parameters "hydrotimetric rate and complete alkalimetric rate TAC" are lower than the useful parameters corresponding to the final composition cfc target.
  • the preparation device 50 comprises a reverse osmosis unit T1, connected to the first reservoir 33, but does not comprise a cation exchanger 20. It is therefore only possible to produce two aqueous solutions characterized by two compositions:
  • the industrial water solution 3 for example stored in the first tank 33, or available directly on site, supplies the reverse osmosis unit T1, which makes it possible to produce the demineralized water solution 7 by demineralization step E41 of part of the industrial water solution 3, then storing it in the third tank 37.
  • the industrial water solution 3 used to produce the demineralised water solution 7 is filtered by a filter having a filtration mesh of 5 ⁇ m. This makes it possible to avoid fouling of the membranes (in particular at the level of the spacers) and increases their lifespan.
  • a sequestering product based on polyphosphates is continuously injected. This makes it possible to avoid the precipitation of calcium ions in the presence of carbonates in the concentration loop of the reverse osmosis unit 27.
  • the industrial water solution 3 stored in the first reservoir 33 may have a composition c1 which varies depending in particular on the devices using this water, the season, and the operation of the temperature control system 61
  • provision may be made to implement one or more second analysis steps E2 in order to know at any time a good estimate of the first composition c1 of this industrial water solution 3 stored.
  • demineralized water solution 7 has a composition c2 that is substantially constant and known. It is therefore not necessary to carry out a second analysis step E2 at each demineralization step E41. An on-line conductivity control is sufficient to ensure the correct operation of the osmosis unit and the constant quality of the water.
  • Table 6 below shows the first and second compositions c1, c2 of the solutions of industrial water 3 and demineralised water 7.
  • THCa, THMg, TAC, CNa, CCI, CS 6 useful parameters described in this example
  • a weighting coefficient yi can be used to prioritize one of the useful parameters.
  • greater importance is given to the magnesium concentration THMg and to the calcium concentration THCA compared to the other useful parameters.
  • the following weighting coefficients yi are therefore chosen, making it possible to obtain the following mixture composition cml (table 7):
  • the calculation step E7 therefore then comprises the determination of the volumes to be mixed.
  • the unknowns are the 2 volumes of the aqueous solutions to be mixed VI, V2.
  • the calculation unit 30 then uses a solver which makes it possible to minimize the sum of the following deviations:

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Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation d'une eau de refroidissement qui vise à reproduire une eau de refroidissement cible en utilisant au moins deux solutions aqueuses choisies parmi une solution d'eau industrielle, une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, une solution d'eau déminéralisée, une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+. L'invention concerne également une méthode de coulée utilisant l'eau de refroidissement obtenue selon le procédé de préparation et un dispositif de coulée (100) comprenant le dispositif de préparation.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif et procédé de préparation d'une eau de refroidissement à la demande
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de préparation d'une eau de refroidissement destinée à refroidir un produit durant une opération de transformation métallurgique et notamment pour des applications de coulée de pièces de fonderie, par exemple dans un procédé de coulée d'un produit, de préférence en alliage d'aluminium. L'invention concerne aussi un dispositif de coulée comprenant un dispositif de préparation d'une eau de refroidissement.
Etat de la technique
Il est connu de l'état de la technique (Gildemeister D., Light Metals 2014, pp885-891), que la composition d'une eau de refroidissement destinée à un procédé de transformation métallurgique peut avoir un effet sur le processus de refroidissement. En particulier, lors de la formation d'une plaque en coulée semi continue, l'utilisation d'une eau de refroidissement avec une composition non contrôlée et/ou non adaptée peut générer des effets négatifs sur la formation de la plaque tels que : des fissures, des fentes, des courbures excessives du pied de la plaque, des gonflements qui peuvent bloquer le processus de coulée, ou provoquer des percées de métal liquide, etc. Bien que l'influence de chaque paramètre constitutif de l'eau de refroidissement ne soit à ce jour pas totalement connue, il a en revanche déjà été démontré que l'alcalinité (caractérisée par le titre alcalimétrique (TA) et le titre alcalimétrique complet (TAC)), la dureté (caractérisée par exemple par le titre hydrotimétrique (TH)), le pH, la conductivité, ou la turbidité, avaient un impact sur le transfert thermique.
Ainsi, il existe un besoin de pouvoir faire varier les paramètres de l'eau de refroidissement afin de pouvoir étudier leur effet et le cas échéant pouvoir utiliser une eau optimisée. En effet, il existe un besoin de pouvoir maîtriser la qualité de l'eau au démarrage de la coulée semi- continue et pouvoir utiliser une eau de refroidissement différente de l'eau disponible sur le site industriel.
De plus, avant de mettre en oeuvre un procédé de transformation métallurgique à l'échelle industrielle, il est fréquent de réaliser des tests de refroidissement par simulation ou par essais réels, pour déterminer les conditions de refroidissement adaptées à une eau industrielle donnée. Toutefois, une fois ces conditions de refroidissement déterminées, elles ne peuvent généralement pas se transposer à toutes les eaux industrielles, ce qui rend difficile le transfert d'un procédé de transformation métallurgique d'un site industriel à un autre site industriel. Par ailleurs, étant donné que les moyens de tests pour déterminer des conditions de refroidissement ne sont pas systématiquement présents sur le site de production, une solution pourrait être de réaliser ces tests sur un autre site que le site de production et distant de ce dernier. Cependant, cette solution requiert, sur cet autre site, d'avoir à disposition une quantité suffisante d'eau du site de production. Le problème majeur d'une telle fourniture en eau de refroidissement, est qu'un volume important est nécessaire, ce qui implique des problèmes évidents de logistique et de coût. De plus, des modifications de la composition de l'eau de refroidissement peuvent se produire lors du transport.
Ainsi, il existe un besoin de pouvoir disposer d'une eau de refroidissement à la demande, pour les tests mis en oeuvre durant la détermination des conditions de refroidissement, qui soit une reproduction fidèle de l'eau de refroidissement qui sera ensuite utilisée sur le site de production. Alternativement, il existe aussi un besoin de pouvoir disposer d'une eau de refroidissement de coulée avec une composition particulière permettant d'avoir une efficacité thermique constante dans le temps, en particulier au moment de la phase transitoire du démarrage. Toutefois, cette problématique est difficile à résoudre car le contrôle et la modification de la composition d'une eau n'est pas aisée, en particulier lorsque cela concerne la concentration en sels de CaSO4 et MgSO4 dissouts.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités.
Ce but peut être atteint grâce à la mise en oeuvre d'un procédé de préparation d'une eau de refroidissement pour refroidir un produit durant une opération de transformation métallurgique et notamment pour des applications de coulée semi-continue de produits de fonderie, le procédé de préparation comprenant les étapes suivantes :
- une étape d'analyse de la composition d'une eau de refroidissement cible de manière à déterminer une composition finale cible (cfc). Le résultat d'analyse est sensiblement identique à la composition finale cible (cfc). Selon l'invention, le terme sensiblement doit être compris comme pouvant donner lieu à un arrondi d'au moins un paramètre utile. En effet, l'étape d'analyse permet de déterminer au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium (THCa), une concentration en magnésium (THMg), un titre alcalimétrique complet (TAC), un titre alcalimétrique (TA), un titre hydrotimétrique (TH), une concentration en ions chlorures (CCI), sulfates (CS), bromures (CBr), sodium (CNa) et un pH. La composition cible (cfc) peut donc être identique au résultat d'analyse ou égale à +/- 10%, préférentiellement +/-5% du résultat d'analyse. - une étape de fourniture d'au moins une première solution aqueuse caractérisée par une première composition et d'au moins une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition, ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
. d'une solution d'eau industrielle,
. d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques,
. d'une solution d'eau déminéralisée,
. d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+,
- une phase de mélange comprenant une première étape de mélange dans laquelle un premier volume de la première solution aqueuse et un deuxième volume de la deuxième solution aqueuse sont mélangés, de manière à fabriquer un volume de mélange d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange, et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement, lesdits premier volume de la première solution aqueuse et deuxième volume de la deuxième solution aqueuse étant déterminés par une étape de calcul (E7) en fonction de ladite première composition et de ladite deuxième composition, chacune de la première composition (cl), de la deuxième composition (c2), de la composition de mélange (cml), et de la composition finale cible (cfc), est définie par au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium (THCa), une concentration en magnésium (THMg), un titre alcalimétrique complet (TAC), un titre alcalimétrique (TA), un titre hydrotimétrique (TH), une concentration en ions chlorures (CCI), sulfates (CS), bromures (CBr), sodium (CNa) et un pH ,
- ladite étape de calcul (E7) dans laquelle le premier volume (VI) de la première solution aqueuse et le deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse sont déterminés en fonction dudit au moins un paramètre utile définissant la première composition (cl), dudit au moins un paramètre utile définissant la deuxième composition (c2), et de sorte que ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange (cml) tende vers ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible (cfc)
Par solution d'eau industrielle, on entend une eau industrielle ayant une conductivité inférieure ou égale à 2000 pS/cm, de préférence compris de 100 pS/cm à 2000 pS/cm. De préférence, le titre hydrotimétrique de l'eau industrielle est inférieur ou égale à 80 °f, préférentiellement inférieur ou égal à 50°f. L’eau industrielle désigne l’eau utilisée à des fins industrielles, par opposition à l’eau domestique et à l’eau agricole.
Par solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, on entend une solution avec une conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm, qui est soit une eau décarbonatée telle que TH <TAC + 3°f, soit une eau permutée telle TH < 3°f, où TH et TAC sont respectivement le titre hydrotimétrique et le titre alcalimétrique de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques considérée exprimés en degré français.
Par solution d'eau déminéralisée, on entend une solution ayant conductivité inférieure ou égale à 100 pS/cm. L'eau déminéralisée est une eau qui ne contient plus aucun ion en solution (tels que Ca2+ ou HCO3-...), ni non plus aucune substances minérales neutres dissoutes (hydroxydes d’aluminium (AI(OH)3) ou de fer(lll) (Fe(OH)3), silice dissoute (Si(OH)4)...). Le titre hydrotimétrique de l'eau déminéralisée est inférieur ou égal à l°f.
Par "solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ ", on entend une solution dont la conductivité est supérieure ou égale à 20 pS/cm, et telle que son titre hydrotimétrique TH est supérieure à 50 °f. De préférence, le titre hydrométrique TH de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est au moins cinq (5) fois plus grand que le titre hydrométrique de la solution d'eau industrielle. Par "solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ ", on entend une solution dont la concentration en ions Mg2+ et Ca2+ est supérieure à la concentration en ions Mg2+ et Ca2+ de la solution d'eau industrielle, de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, de la solution d'eau déminéralisée. Par ailleurs, et de manière avantageuse, l'utilisation de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ permet de produire plus facilement et à la demande, une eau de refroidissement ayant une composition proche de la composition finale cible. En effet, l'utilisation de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est particulièrement avantageuse quand on a besoin d’une eau plus dure que l’eau industrielle disponible, ou bien pour stabiliser une composition d’eau par rapport à des variations saisonnières.
Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un procédé de préparation d'une eau de refroidissement présentant une composition proche d'une composition finale cible.
Le procédé de préparation peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, l'étape de fourniture comprend la fourniture d'une troisième ou d'une quatrième solution aqueuse choisie distinctes entre elles et distinctes de la première solution aqueuse et de la deuxième solution aqueuse, lesdites troisième ou quatrième solution aqueuses étant choisies dans le groupe composé de :
- la solution d'eau industrielle,
- la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques,
- la solution d'eau déminéralisée,
- la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+, Dans ce cas, la première étape de mélange comprend le mélange de la troisième et/ou la quatrième solution aqueuse avec la première et la deuxième solution aqueuse. Il est donc bien compris que la phase de mélange du premier volume de la première solution aqueuse et du deuxième volume de la deuxième solution aqueuse n'est pas limitative et qu'elle peut comprendre également le mélange d'un nombre de volumes de solutions aqueuse distinctes supérieur à deux.
Selon un mode de réalisation, l'eau de refroidissement est obtenue par un mélange de quatre volumes de solutions aqueuses, chaque volume de solution aqueuse provenant respectivement de la solution d'eau industrielle, de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, de la solution d'eau déminéralisée, et de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+.
Selon un mode de réalisation, la composition finale cible correspond à la composition d'une eau de refroidissement disponible sur un site de production industriel, par exemple un site de production de pièces de fonderie.
Selon un mode de réalisation, l'étape de calcul est mise en oeuvre par une unité de calcul configurée pour calculer le premier volume de la première solution aqueuse et le deuxième volume de la deuxième solution aqueuse de manière à minimiser une différence entre ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange et ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible. Ainsi, et de manière avantageuse, l'unité de calcul permet de faire des choix de priorité sur la précision d'un des paramètres utiles par rapport à d'autres. De cette manière, il est possible de mettre en oeuvre le procédé de préparation dans le cas où n'existe pas de solution mathématique unique ou exacte pour la préparation de l'eau de refroidissement ayant une composition proche de la composition finale cible.
Selon un mode de réalisation, chacune de la première composition, de la deuxième composition, de la composition de mélange, et de la composition finale cible, est définie par une pluralité de paramètres utiles, l'étape de calcul peut alors être mise en oeuvre en pondérant chaque paramètre utile de ladite pluralité de paramètres utile par un coefficient de pondération.
Selon un mode de réalisation, la phase de mélange comprend :
- une étape de contrôle de la composition de mélange, dans laquelle une valeur intermédiaire dudit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange est déterminée, de manière à calculer un écart initial entre ladite valeur intermédiaire et une valeur cible dudit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible
- dans le cas où l'écart initial est supérieur à un écart seuil, la phase de mélange comprend une deuxième étape de mélange dans laquelle au moins un élément de correction choisi dans le groupe composé d'un volume de la solution d'eau industrielle, d'un volume de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, d'un volume de la solution d'eau déminéralisée, d'un volume de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+, d'une masse de sel, et d'une masse de correcteurs de pH, est mélangé à la solution de mélange de manière à fabriquer un volume de mélange corrigé d'une solution de mélange corrigée caractérisée par une composition de mélange corrigée qui est définie par au moins un paramètre utile, ledit au moins un élément de correction étant choisi de sorte qu'un écart corrigé entre une valeur corrigée dudit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange corrigée et ladite valeur cible soit inférieur à l'écart initial.
Selon un mode de réalisation, la deuxième étape de mélange est mise en oeuvre tant que l'écart corrigé est supérieur à l'écart seuil. Selon un mode de réalisation, l'étape de contrôle comprend la détermination de l'écart corrigé. Selon un mode de réalisation, l'écart seuil peut être égal à 10% de la valeur cible.
Selon un mode de réalisation, au moins une étape de mélange parmi la première étape de mélange et la deuxième étape de mélange est mise en oeuvre de manière à maintenir la solution de mélange corrigée à une température comprise entre 10°C et 35°C, préférentiellement entre 12°C et 30°C.
Selon un mode de réalisation, le procédé de préparation comprend en outre une étape de mise à disposition d'au moins un élément d'addition choisi dans le groupe comprenant des sels et des correcteurs de pH, la première étape de mélange comprenant en outre le fait de mélanger une masse d'élément d'addition, ladite masse d'élément d'addition étant déterminée en fonction de la première composition et de la deuxième composition, et de la composition finale cible.
Selon un mode de réalisation, les sels et correcteurs de pH comprennent : le chlorure de sodium NaCI, le bicarbonate de sodium NaHCOs, le carbonate de sodium Na2CÜ3, le chlorure de calcium CaCL, le sulfate de magnésium MgSO4, le chlorure de magnésium MgCL, et le bromure de sodium NaBr.
Selon un mode de réalisation, la masse d'élément d'addition est diluée dans une solution aqueuse avant la première étape de mélange lors d'une étape de dilution. Par exemple, la masse d'élément d'addition peut être diluée dans une partie de la solution d'eau déminéralisée.
Selon un mode de réalisation, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques est une eau décarbonatée obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture d'un échangeur de cations comprenant une résine cationique faible, ledit échangeur de cations étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique faible est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique faible constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique faible dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle circule dans l'échangeur de cations pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée ;
- une étape de dégazage dans laquelle une eau sortant de l'échangeur de cations est dégazée, de manière à obtenir l'eau décarbonatée.
Selon un mode de réalisation, ladite résine cationique faible est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ liés à des ions carbonates ou bicarbonates. Dans ce cas l'étape de dégazage comprend le dégazage d'une eau chargée en acide carbonique dissous (provenant des carbonates et bicarbonates de calcium et magnésium) sortant de l'échangeur de cations. Selon un mode de réalisation l'étape de dégazage est mise en oeuvre de manière naturelle, en laissant l'eau sortant de l'échangeur de cations à l'air libre. Selon un mode de réalisation, l'étape de dégazage est mise en oeuvre dans une colonne de dégazage. Selon un mode de réalisation, l'étape de dégazage est mise en oeuvre en faisant subir des cascades successives à l'eau sortant de l'échangeur de cations, ou par brassage, agitation, bullage, ou par l'utilisation d'une colonne de dégazage à ruissellement dans laquelle on injecte de l'air à contrecourant.
Selon un mode de réalisation, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques est une eau permutée obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture d'un échangeur de cations comprenant une résine cationique forte, ledit échangeur de cations étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique forte est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique forte constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique forte dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle circule dans l'échangeur de cations pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée, et de manière à obtenir l'eau permutée, exempte de cations Ca2+ et Mg2+.
Selon un mode de réalisation, ladite résine cationique forte est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ liés à des ions carbonates ou bicarbonates. L'utilisation de résine cationique forte pour obtenir la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques est avantageuse dans le cas où la solution d'eau industrielle est peu calcaire et d'alcalinité faible. Il est possible d'utiliser un mode de régénération par sel (type adoucisseur) ou un mode de régénération par acide fort dilué (cations totalement permutés par ions H3O+). Dans le cas où on utiliserait un mode de régénération par sel, comme NaCI ou Na2SO4, l'eau permutée peut aussi s'appeler « eau adoucie ». L'eau adoucie est une eau dans laquelle on a remplacé les cations Ca2+ et Mg2+ par Na+ provenant de la résine. Dans le cas où on utiliserait un mode de régénération par acide fort dilué, l'eau permutée peut aussi s'appeler « eau dont les cations sont tous permutés par des ions hydronium H^O+ ». Cette eau est une eau dans laquelle on a remplacé les cations Ca2+ et Mg2+ par les ions hydronium H3O+ provenant de la résine.
Selon un mode de réalisation, l'étape de charge sur résine cationique faible ou forte comprend une étape de détection de niveau de charge, dans laquelle une mesure de variation du pH ou d'un autre paramètre de l'eau présente en sortie de l'échangeur de cations est réalisée, de sorte à en déduire (par exemple pour des cycles futurs) le niveau de charge de l'échangeur de cations à tout moment.
Selon un mode de réalisation, la solution d'eau déminéralisée est obtenue par une étape de déminéralisation dans laquelle une partie de la solution d'eau décarbonatée ou d'eau permutée est déminéralisée par un processus d'osmose inverse ou d'échange d'ions sur une résine de déminéralisation de manière à obtenir la solution d'eau déminéralisée. Le processus de déminéralisation comporte classiquement une opération de permutation sur résine cationique forte, un dégazage et une opération de permutation des anions sur une ou deux résines anioniques (selon la composition de l'eau et en particulier de son alcalinité). De manière préférée, si on utilise de l'eau permutée obtenue par une technique de régénération par acide fort dilué, l'étape de permutation sur résine cationique n'est pas nécessaire pour obtenir l'eau déminéralisée.
Selon un mode de réalisation, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est obtenue lors d'une étape d'élution dans laquelle un acide fort est mis en circulation dans l'échangeur de cations, de sorte que des ions Mg2+ et Ca2+ captés par la résine cationique faible ou par la résine cationique forte soient dissouts, de manière à fabriquer la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'élution comprend une étape de mesure dans laquelle un pH de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est mesuré, de façon à optimiser la quantité d'acide utilisée, et de manière à optimiser la régénération de l'échangeur de cations. Selon un mode de réalisation, une quantité d'acide fort rajoutée lors de l'étape d'élution est définie par rapport à un volume de résine cationique faible ou forte à traiter. Une telle quantité d'acide fort peut par exemple faire partie des données techniques de la résine cationique utilisée, lesdites données précisant le volume et la concentration d'acide fort nécessaire pour régénérer ladite résine cationique.
Selon un mode de réalisation, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est obtenue par le prélèvement d'une quantité partielle de la solution obtenue lors de l'étape d'élution. Par exemple, une telle quantité partielle peut correspondre à une quantité d'eau fabriquée au début de l'étape d'élution. Dans ce cas, le reste de l'eau fabriquée lors de l'étape d'élution nécessaire à la régénération de l'échangeur de cations, est alors traitée et rejetée. De cette manière, il est possible de contrôler et limiter l'excès d'acide fort avec la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ lorsque la résine cationique faible ou forte est totalement régénérée. Selon un mode de réalisation l'acide fort est de l'acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique, dilué de préférence entre 2 et 10% dans l'eau. Dans le cas où l'acide fort est un acide sulfurique, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ obtenue à l'étape d'élution contient des sels de CaSO4 et de MgSO4 dissouts.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'élution est mise en oeuvre après l'étape de charge sur résine cationique faible ou après l'étape de charge sur résine cationique forte. Il est donc bien compris que les étapes d'élution, et de charge permettent de faire varier alternativement l'échangeur de cations entre la configuration régénérée et la configuration chargée.
Selon un mode de réalisation, le procédé de préparation comprend en outre une deuxième étape d'analyse dans laquelle au moins un paramètre utile de la solution d'eau industrielle choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium, une concentration en magnésium, un titre alcalimétrique complet, un titre alcalimétrique, un titre hydrotimétrique, et un pH est mesuré.
Selon un mode de réalisation, la deuxième étape d'analyse peut être mise en oeuvre pour déterminer un paramètre utile de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, ou sur la solution d'eau déminéralisée, ou sur la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+.
Les dispositions précédemment décrites permettent de choisir la ou les solutions aqueuses ayant la composition la plus adaptée pour servir de base à la fabrication d'une solution de mélange ayant une composition de mélange qui tende vers la composition finale cible.
Le but de l'invention peut également être atteint par l'utilisation d'une eau de refroidissement obtenue selon le procédé de préparation décrit ci-avant, et caractérisée par ladite composition finale cible, pour refroidir un produit dans une étape de transformation métallurgique, telle qu'une coulée, une trempe, ou un laminage à chaud.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en oeuvre d'un procédé de coulée d'un produit, de préférence en alliage d'aluminium comprenant les étapes suivantes :
- (a) on élabore un bain de métal liquide, de préférence en alliage d'aluminium comprenant, en % en poids, Cu : 0 - 6,0 ; Mg : 0- 8 ; Si 0-12 ; Zn 0 - 12 ; autres < 3 chacun et < 10 au total, reste aluminium,
- (b) on coule ledit métal liquide, de préférence par coulée semi-continue verticale de telle façon que, lors d'une phase de démarrage de coulée, on utilise une première eau de refroidissement caractérisée par une première composition de mélange obtenue selon le procédé de préparation décrit ci-avant.
Le procédé de coulée selon l'invention comprend le procédé de préparation défini précédemment.
Ladite première eau de refroidissement caractérisée par une première composition de mélange est obtenue par un procédé de préparation comprenant les étapes suivantes :
- une étape d'analyse de la composition d'une eau de refroidissement cible de manière à déterminer une composition finale cible,
- une étape de fourniture d'au moins une première solution aqueuse caractérisée par une première composition et d'au moins une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition, ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
. d'une solution d'eau industrielle,
. d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques,
. d'une solution d'eau déminéralisée,
. d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+,
- une phase de mélange comprenant une première étape de mélange dans laquelle un premier volume de la première solution aqueuse et un deuxième volume de la deuxième solution aqueuse sont mélangés, de manière à fabriquer un volume de mélange d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange, et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement, lesdits premier volume de la première solution aqueuse et deuxième volume de la deuxième solution aqueuse étant déterminés en fonction de ladite première composition et de ladite deuxième composition, chacune de la première composition (cl), de la deuxième composition (c2), de la composition de mélange (cml), et de la composition finale cible (cfc), est définie par au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium (THCa), une concentration en magnésium (THMg), un titre alcalimétrique complet (TAC), un titre alcalimétrique (TA), un titre hydrotimétrique (TH), une concentration en ions chlorures (CCI), sulfates (CS), bromures (CBr), sodium (CNa) et un pH ,
- une étape de calcul (E7) dans laquelle le premier volume (VI) de la première solution aqueuse et le deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse sont déterminés en fonction dudit au moins un paramètre utile définissant la première composition (cl), dudit au moins un paramètre utile définissant la deuxième composition (c2), et de sorte que ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange (cml) tende vers ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible (cfc).
Le procédé de préparation peut en outre présenter une ou plusieurs caractéristiques présentées précédemment.
Le procédé de coulée peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, le procédé de coulée comprend une phase de régime permanent de coulée à l'issue de la phase de démarrage de coulée caractérisée en ce que lors de la phase de régime permanent de coulée, on utilise une deuxième eau de refroidissement caractérisée par une deuxième composition, différente de la première eau de refroidissement. Optionnellement cette deuxième eau de refroidissement est obtenue selon le procédé de préparation. Optionnellement cette deuxième composition est une deuxième composition de mélange obtenue selon le procédé de préparation. Selon un autre mode de réalisation, la deuxième eau de refroidissement n'est pas obtenue selon de le procédé de préparation de l'invention, elle peut être une solution d'eau industrielle.
Enfin, le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en oeuvre d'un dispositif de coulée comprenant un dispositif de préparation d'une eau de refroidissement, ledit dispositif de préparation comprenant une unité de mélange configurée pour recevoir une première solution aqueuse caractérisée par une première composition et une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition, ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
- d'une solution d'eau industrielle,
- d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques,
- d'une solution d'eau déminéralisée,
- d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+, ladite unité de mélange étant en outre configurée pour mélanger un premier volume de ladite première solution aqueuse et un deuxième volume de ladite deuxième solution aqueuse, de manière à fabriquer un volume de mélange d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement, lesdits premier volume de la première solution aqueuse et deuxième volume de la deuxième solution aqueuse étant déterminés en fonction de ladite première composition et de ladite deuxième composition, et de sorte que la composition de mélange tende vers une composition finale cible prédéterminée.
Le dispositif de coulée peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, l'unité de mélange est configurée pour mélanger un nombre de volumes de solutions aqueuses supérieur ou égale à deux.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de préparation comprend au moins un réservoir choisi parmi :
- un premier réservoir configuré pour recevoir la solution d'eau industrielle ;
- un deuxième réservoir configuré pour recevoir la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques ;
- un troisième réservoir configuré pour recevoir la solution d'eau déminéralisée ;
- un quatrième réservoir configuré pour recevoir la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+.
Selon un mode de réalisation, l'utilisation du premier réservoir, du deuxième réservoir, du troisième réservoir, et du quatrième réservoir peut être remplacée par un procédé de mélange continu en ligne. Par procédé de mélange continu en ligne, on entend la possibilité de réaliser les mélanges des solutions aqueuses directement dans un système de tuyauterie, d'alimentation ou bien en insérant un mélangeur statique ou réacteur de mélange de faible volume.
Selon un mode de réalisation, l'unité de mélange est en outre configurée pour recevoir au moins un élément d'addition choisi dans le groupe comprenant des sels et des correcteurs de pH, et pour mélanger une masse d'élément d'addition avec la solution de mélange, ladite masse d'élément d'addition étant déterminée en fonction de la première composition, de la deuxième composition, et de la composition finale cible.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de préparation comprend en outre une unité de stockage d'élément d'addition configurée pour stocker ledit au moins un élément d'addition. Selon un mode de réalisation, le dispositif de coulée comprend en outre une unité de calcul configurée pour déterminer le premier volume de la première solution aqueuse et le deuxième volume de la deuxième solution aqueuse en fonction d'un paramètre utile définissant la première composition, d'un paramètre utile définissant la deuxième composition, et de sorte qu'un paramètre utile définissant la composition de mélange tende vers un paramètre utile définissant la composition finale cible.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de coulée comprend en outre un échangeur de cations comprenant un matériau actif, ledit échangeur de cations étant configuré pour varier entre une configuration chargée dans laquelle des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ sont liés au matériau actif, et une configuration régénérée dans laquelle le matériau actif est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+, ledit échangeur de cations comprenant des moyens permettant de le relier à l'unité de mélange. Selon un mode de réalisation, l'échangeur de cations comprend une résine cationique faible. Selon un mode de réalisation, l'échangeur de cations comprend une résine cationique forte.
Selon un mode de réalisation, l'échangeur de cations comprend des moyens permettant de le relier à au moins un réservoir, par exemple le premier réservoir, le deuxième réservoir, le troisième réservoir, ou le quatrième réservoir.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de coulée comprend en outre un osmoseur inverse ou un échangeur d'ions sur résine de déminéralisation, ledit osmoseur inverse ou ledit échangeur d'ions comprenant des moyens permettant de le relier à l'unité de mélange et à l'échangeur de cations.
Selon un mode de réalisation, ledit osmoseur inverse ou ledit échangeur d'ions sur résine de déminéralisation comprend des moyens permettant de le relier à au moins un réservoir, par exemple le premier réservoir, le deuxième réservoir, le troisième réservoir, ou le quatrième réservoir.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de préparation comprend une alimentation en acide fort, ladite alimentation en acide fort étant configurée pour être reliée à l'échangeur de cations.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de coulée comprend en outre une unité d'analyse configurée pour mesurer au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant : une concentration en calcium, une concentration en magnésium, un titre alcalimétrique complet, un titre alcalimétrique, un titre hydrotimétrique, et le pH.
Selon un mode de réalisation, l'unité de mélange comprend un système de contrôle de température comprenant un capteur de température configuré pour mesurer une température de mélange correspondant à la température de la solution de mélange, ledit système de contrôle de température étant configuré pour maintenir la température de mélange entre 10°C et 35°C, de préférence entre 12°C et 30°C. Selon un mode de réalisation, le système de contrôle de température comprend des moyens de chauffage configurés pour chauffer l'unité de mélange, lorsque la température de mélange est inférieure ou égale à 10°C, de préférence inférieure à 12°C.
Selon un mode de réalisation, le système de contrôle de température comprend des moyens de refroidissement configurés pour refroidir l'unité de mélange, lorsque la température de mélange est supérieure ou égale à 35°C, de préférence 30°C.
Description des figures
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique du dispositif de coulée comprenant un dispositif de préparation selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique de certains éléments du dispositif de coulée permettant de préparer des solutions aqueuses, selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique des étapes du procédé de préparation selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Description détaillée
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Comme cela est illustré sur les figures 1 à 3, la présente invention concerne un procédé de préparation d'une eau de refroidissement 1 destinée à refroidir un produit durant une opération de transformation métallurgique et notamment pour des applications de coulée de pièces de fonderie. L'invention concerne également l'utilisation d'une eau de refroidissement 1 obtenue selon ce procédé de préparation, pour refroidir un produit dans une étape de transformation métallurgique, telle qu'une coulée, une trempe, ou un laminage à chaud. Contrairement à la coulée continue, où la notion d'étape de démarrage n'est pas prépondérante quant à la qualité du produit final car il est possible d'ébouter la partie du produit avec des défauts, il est important de maîtriser le refroidissement pendant la phase de démarrage d'un produit obtenu par coulée semi-continue au risque de ne pas pouvoir le fabriquer. En coulée semi-continue, la difficulté réside dans la réussite du passage de la vitesse nulle du début de formation du produit à la vitesse de régime permanent. On parle de phase de démarrage. Ce passage se traduit par une déformation du pied de plaque, connue de l'homme du métier sous le nom de cambrure. Si elle est trop prononcée, ce qui se produit lorsque le pied est refroidi trop violemment, la cambrure peut engendrer ce que l'homme du métier appelle des « pissures », qui peuvent parfois dégénérer en « pendaison », c'est-à-dire un coincement de la plaque dans son moule. La cambrure associée à un régime de refroidissement inadapté peut aboutir, de façon moins catastrophique, à la cassure du pied ou à des fentes dans le pied. Ces cassures ou fentes sont tout à fait nuisibles car elles peuvent se propager en régime permanent conduisant de ce fait au rebut du produit, sinon et pour le moins, elles empêchent le laminage à chaud de la plaque sans sciage du pied pour restaurer l'intégrité du produit. Enfin une cambrure qui n'entraîne aucun rebut de coulée se traduit toutefois par des variations de section du produit qui peuvent empêcher le laminage des produits sans sciage du pied
L'homme du métier sait mettre en oeuvre des conditions de coulée adaptées pour minimiser l'apparition de ces défauts. Toutefois, il est important que les conditions trouvées soient reproductibles d'une coulée à l'autre. Les inventeurs ont trouvé qu'en particulier il était important d'avoir une eau de refroidissement reproductible pendant toutes les phases de démarrage afin de garantir la même efficacité thermique. Les inventeurs ont résolu ce problème en proposant une méthode de préparation d'une eau de refroidissement permettant de fabriquer à la demande une eau de refroidissement cible.
Par exemple, l'eau de refroidissement cible peut correspondre à une eau industrielle disponible sur un site sur lequel le procédé de coulée sera mis en oeuvre à grande échelle, ce site étant différent du site de production envisagé pour la mise en oeuvre de la préparation de l'eau de refroidissement. Par exemple l'eau de refroidissement cible peut correspondre à une eau industrielle disponible pendant une certaine période de l'année. C'est le cas par exemple lorsque l'eau industrielle d'un site est puisée dans une rivière et qu'en fonction de la saisonnalité été/hiver, sa composition évolue. Il peut être intéressant de choisir de toujours avoir une eau industrielle identique quelle que soit la saison. L'eau de refroidissement cible peut être une eau considérée comme adaptée pour le démarrage de coulée de par sa qualité d'efficacité énergique.
La figure 1 représente un procédé de coulée d'un produit, de préférence en alliage d'aluminium, qui comprend les étapes suivantes :
- (a) on élabore un bain de métal liquide, de préférence en alliage d'aluminium comprenant, en % en poids, Cu : 0 - 6,0 ; Mg : 0- 8 ; Si 0-12 ; Zn 0 - 12 ; autres < 3 chacun et < 10 au total, reste aluminium, et
- (b) on coule ledit métal liquide, de préférence par coulée semi-continue verticale de telle façon que, lors d'une phase de démarrage de solidification, on utilise une première eau de refroidissement la caractérisée par une première composition de mélange cma obtenue selon le procédé de préparation selon l'invention qui sera décrit plus précisément ci-après.
De manière préférée, on coule un alliage d'aluminium de la série AAlxxx ou AA2xxx ou AA3xxx ou AA4xxx ou AA5xxx ou AA6xxx ou AA7xxx.
A titre d’exemples non limitatifs, des exemples d’alliages d’aluminium de la série AAlxxx à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent comprendre AA1100, AA1100A, AA1200, AA1200A, AA1300, AA1110, AA1120, AA1230, AA1230A, AA1235, AA1435, AA1145, AA1345, AA1445, AA1150, AA1350, AA1350A, AA1450, AA1370, AA1275, AA1185, AA1285, AA1385, AA1188, AA1190, AA1290, AA1193, AA1198 ou AA1199.
Des exemples non limitatifs d’alliages d’aluminium de la série AA2xxx à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent inclure AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, 2022, AA, AA24,20 AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044,AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, or AA2199.
Des exemples d’alliages d’aluminium de la série AA3xxx non limitatifs à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent inclure AA3002, AA3102, AA3003, AA3103, AA3103A, AA3103B, AA3203, AA3403, AA3004, AA3004A, AA3104, AA3204, AA3304, AA3005, AA3005A, AA3105A, AA3105B, AA3007, AA3107, AA3207, AA3207A, AA3307, AA3009, AA3010, AA3110, AA3011, AA3012, AA3012A, AA3013, AA3014, AA3015, AA3016, AA30,26, AA30, AA30, AA30 ou AA3065.
Des exemples non limitatifs d’alliages d’aluminium de la série AA4xxx à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent inclure AA4004, AA4104, AA4006, AA4007, AA4008, AA4009, AA4010, AA4013, AA4014, AA4015, AA4015A, AA4115, AA4016, AA4017, AA AA4019, AA4020, AA4021, AA4026, AA4032, AA4043, AA4043A, AA4143, AA4343, AA4643, AA4943, AA4044, AA4045, AA4145, AA4145A, AA4046, AA4047, AA4047A, ou AA44 Des exemples non limitatifs d'alliages d'aluminium de la série AA5xxx à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent inclure AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, or AA5088.
Des exemples non limitatifs d'alliages d'aluminium de la série AA6xxx à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent inclure AA6101, AA6101 A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, AA6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, or AA6092.
Des exemples d'alliages d'aluminium de la série AA7xxx non limitatifs à utiliser dans les procédés décrits ici peuvent comprendre AA7011, AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, / K7O1 , AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7033, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7I49,72O4, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, or AA7099. Comme cela est illustré sur l'exemple non limitatif de la figure 1, le procédé de coulée peut comprendre une phase de régime permanent c à l'issue de la phase de démarrage de coulée caractérisée en ce que lors de la phase de régime permanent de coulée c, on utilise une deuxième eau de refroidissement. La deuxième eau de refroidissement lb est caractérisée par une deuxième composition finale cible cfb. Par exemple, cette deuxième eau de refroidissement lb peut également être obtenue selon le procédé de préparation qui sera décrit plus précisément ci-après. Alternativement, la deuxième eau de refroidissement lb peut correspondre à une solution d'eau industrielle 3.
Les figures 1 à 3 représentent un exemple non-limitatif d'un procédé de préparation selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Le procédé de préparation comprend une première étape d'analyse El de la composition d'une eau de refroidissement 1 cible. Cette étape d'analyse permet de déterminer une composition finale cible cfc. De manière générale, selon l'invention, la détermination d'une composition correspond à la détermination d'au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium THMg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, une concentration en ions chlorures CCI, sulfates CS, bromures CBr, sodium CNa, et un pH. Ainsi la composition finale cible cfc, déterminée par la première étape d'analyse El permet de définir au moins un paramètre utile pue cible choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium THMg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, une concentration en ions chlorures CCI, sulfates CS, bromures CBr, sodium CNa, et un pH.
Le procédé de préparation comprend également une étape de fourniture E6 d'au moins une première solution aqueuse caractérisée par une première composition cl et d'au moins une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition c2, ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
- d'une solution d'eau industrielle 3,
- d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5,
- d'une solution d'eau déminéralisée 7,
- d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
De la même manière que pour la composition finale cible cfc, la première composition cl, et la deuxième composition c2 sont définies par au moins un paramètre utile pul et pu2 choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium TH Mg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, une concentration en ions chlorures CCI, sulfates CS, bromures CBr, sodium CNa, et un pH. Lesdits au moins paramètre utile pul et pu2 définis sont de même nature que ledit au moins paramètre utile pue cible. Les compositions cl et c2 sont différentes.
De manière préférée, la solution d'eau industrielle 3 se caractérise par une conductivité comprise entre 100 pS/cm et 2000 pS/cm.
De manière préférée, la solution d'eau traitée sur échangeurs d'ions cationiques 5 est une eau décarbonatée, de préférence une eau décarbonatée avec une conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) et un titre alcalimétrique complet TAC en degré français (°f) tel que TH <TAC + 3°f. De manière préférée, la solution d'eau traitée sur échangeurs d'ions cationiques 5 est une eau permutée, de préférence une eau permutée avec une conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) tel que TH < 3°f.
De manière préférée, l'eau déminéralisée 7 a une conductivité inférieure à 100 pS/cm.
De manière préférée, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ a une conductivité supérieure ou égale à 20 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) tel que TH > 50 °f.
Selon l'invention, dans un mode de réalisation, la première solution aqueuse et la deuxième solution aqueuse peuvent être toutes les deux une solution d'eau industrielle ou une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques ou une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+, les compositions cl et c2 étant toutefois différentes.
La figure 2 illustre plus particulièrement différents moyens d'obtenir les quatre solutions citées ci avant.
La solution d'eau industrielle 3 correspond par exemple à une eau présente sur un site industriel sur lequel est mis en oeuvre le procédé de préparation objet de l'invention. Il est possible que ce site industriel soit un site distinct du site industriel sur lequel est disponible l'eau de refroidissement cible. Par exemple, l'eau de refroidissement cible peut correspondre à une eau industrielle disponible sur un site sur lequel le procédé de coulée sera mis en oeuvre à grande échelle. La solution d'eau industrielle 3 peut de son côté correspondre à une eau industrielle présente sur un site industriel de développement du procédé de coulée. La solution d'eau industrielle 3 peut également être issue d'un pompage dans la nappe phréatique, puis traitée par différentes étapes comme une déferrisation, et/ou une filtration, et/ou une stabilisation red-ox, pour être stable et utilisable pour les besoins industriels du site. La solution d'eau industrielle 3 peut aussi provenir d'un bassin permettant le recyclage de l'eau par refroidissement (par exemple à l'aide d'une tour aéroréfrigérante ou d'un groupe froid). Ainsi, il peut donc être avantageux que le procédé de préparation comprenne une deuxième étape d'analyse E2 dans laquelle au moins un paramètre utile de ladite solution d'eau industrielle 3 choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium THMg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, une concentration en ions chlorures CCI, sulfates CS, bromures CBr, sodium CNa, et un pH soit mesuré. Le paramètre utile analysé à l'étape d'analyse E2 est de même nature que ledit au moins paramètre utile pue cible. On entend par « de même nature » que si le titre hydrotimétrique TH est choisi pour définir la composition finale cfc cible, on détermine le titre hydrotimétrique TH de l'eau industrielle 3. Une telle deuxième étape d'analyse E2 peut également être mise en oeuvre pour déterminer au moins un paramètre utile de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, et/ou pour déterminer au moins un paramètre utile de la solution d'eau déminéralisée 7, et/ou pour déterminer au moins un paramètre utile de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9. Ainsi, il est possible de choisir la ou les solutions aqueuses ayant la composition la plus adaptée pour servir de base à la fabrication d'une solution de mélange ayant une composition de mélange cml qui tende vers la composition finale cible cfc.
Dans la suite de la description, lorsque qu'il est fait référence aux « solutions aqueuses », cela comprend le groupe composé de la solution d'eau industrielle 3, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, la solution d'eau déminéralisée 7, et la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
La solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, peut être obtenue selon deux méthodes décrites ci-après.
Selon une première variante non limitative, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 est une eau décarbonatée obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture E30 d'un échangeur de cations 20 comprenant une résine cationique faible 21, ledit échangeur de cations 20 étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique faible 21 est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique faible 21 constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique faible E32 dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle 3 circule dans l'échangeur de cations 20 pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée ;
- une étape de dégazage E34 dans laquelle une eau sortant de l'échangeur de cations 20 est dégazée, de manière à obtenir l'eau décarbonatée. L'étape de dégazage E34 peut par exemple être mise en œuvre de manière naturelle, en laissant l'eau sortant de l'échangeur de cations 20 à l'air libre. Alternativement, l'étape de dégazage E34 peut être mise en œuvre dans une colonne de dégazage 24. Selon une troisième possibilité, l'étape de dégazage E34 peut être mise en œuvre en faisant subir des cascades successives à l'eau sortant de l'échangeur de cations 20, ou par brassage, agitation, bullage, ou par l'utilisation d'une colonne de dégazage 24 à ruissellement dans laquelle on injecte de l'air à contrecourant.
De préférence l'eau décarbonatée a une conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) et un titre alcalimétrique complet TAC en degré français (°f) tel que TH <TAC + 3°f.
Selon une deuxième variante non limitative, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 est une eau permutée obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture E31 d'un échangeur de cations 20 comprenant une résine cationique forte 23, ledit échangeur de cations 20 étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique forte 23 est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique forte 23 constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique forte E33 dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle 3 circule dans l'échangeur de cations 20 pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée, et de manière à obtenir l'eau permutée. Selon un mode de réalisation, l'étape dee charge E32, E33 comprend une étape de détection de niveau de charge, dans laquelle une mesure de variation du pH ou d'un autre paramètre de l'eau présente en sortie de l'échangeur de cations 20 est réalisée, de sorte à en déduire (par exemple pour des cycles futurs) le niveau de charge de l'échangeur de cations 20 à tout moment.
De préférence, l'eau permutée avec une conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) tel que TH < 3°f.
Dans le cas où la solution d'eau industrielle 3 est peu calcaire, il est avantageux d'obtenir la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 par un échangeur de cations 20 utilisant un matériau actif à résine cationique forte 23.
La solution d'eau déminéralisée peut être obtenue par tout procédé connu de l'état de la technique. Selon le principe de l'invention, dans un mode préféré, la solution d'eau déminéralisée 7, peut être obtenue par une étape de déminéralisation E41 dans laquelle une partie de la solution d'eau décarbonatée ou d'eau permutée est déminéralisée par un processus d'osmose inverse Tl ou d'échange d'ions sur une série de résines de déminéralisation (cationique / anionique) 25 de manière à obtenir la solution d'eau déminéralisée 7.
Selon un mode de réalisation, la solution d'eau déminéralisée 7 peut être obtenue par une étape de charge E33 de telle sorte à permuter les cations par des ions Hydronium H3O+ sur la résine cationique forte, suivi d'une étape E41 de déminéralisation sur résines 25 dans laquelle une partie de l'eau dont les cations sont déjà permutés par H3O+ sera traité simplement sur une série de résines anioniques 25. Un dégazage préalable peut être effectué avant passage sur résines anioniques 25.
De manière préférée, l'eau déminéralisée 7 a une conductivité inférieure à 100 pS/cm. Enfin, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 est obtenue lors d'une étape d'élution E43 dans laquelle un acide fort 11 est mis en circulation dans l'échangeur de cations 20, de sorte que des ions Mg2+ et Ca2+ captés par la résine cationique faible 21 ou par la résine cationique forte 23 soient dissouts, de manière à fabriquer la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9. De manière générale, l'acide fort 11 est de l'acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique dilué de préférence à une concentration entre 2 et 10% dans l'eau. Dans le cas particulier où l'acide fort 11 est un acide sulfurique, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 obtenue à l'étape d'élution E43 contient aussi des sels de CaSO4 et de MgSO4 dissouts. Ces sels sont particulièrement intéressants à obtenir car ils évitent l'utilisation d'éléments d'addition contenant du soufre. En effet, cette solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 contient des sels de CaSO4 et de MgSO4 est obtenue directement à partir de l'eau industrielle et d'un acide. Cela évite d'une part d'approvisionner des sels tels que le sulfate de calcium (CaSO4) ou le sulfate de magnésium (MgSO4). Et d'autre part, on sait en particulier que le sulfate de calcium, communément appelé « plâtre » en langage courant, a une très faible solubilité dans l'eau et sa mise en solution est complexe et difficile.
De manière avantageuse, l'étape d'élution E43 est mise en oeuvre après l'étape de charge E32, E33. Il est donc bien compris que les étapes d'élution E43, et de charge E32, E33, permettent de faire varier alternativement l'échangeur de cations 20 entre la configuration régénérée et la configuration chargée.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'élution E43 peut comprendre une étape de mesure E45 dans laquelle un pH de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 est mesuré. En effet, l'étape d'élution E43 étant mise en oeuvre par la circulation d'un acide fort dans l'échangeur de cations 20, il est possible de retrouver des traces d'acide fort 11 dans la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9, ce qui peut contribuer à diminuer son pH. Afin de mieux contrôler la composition de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9, il est donc préférable de garantir l'absence de l'acide fort 11 dans cette solution. Pour éviter cela, il est possible de prévoir qu'une quantité d'acide fort 11 rajoutée lors de l'étape d'élution E43 est définie par rapport à un volume de résine cationique faible 21 ou forte 23 à traiter. Une telle quantité d'acide fort 11 peut par exemple faire partie des données techniques de la résine cationique 21, 23 utilisée, lesdites données précisant le volume et la concentration d'acide fort 11 nécessaire pour régénérer ladite résine cationique 21, 23. De cette manière, il est possible d'empêcher le mélange de l'acide fort 11 avec la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 lorsque la résine cationique faible 21 ou forte 23 est totalement régénéré. De manière alternative, l'étape de mesure E45 peut être mise en oeuvre par la mesure d'un autre paramètre que le pH, comme par exemple la mesure de la conductivité. De cette manière, il est possible de connaître et de contrôler un éventuel excès d'acide fort 11 lors de l'étape d'élution E43.
De manière préférée, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ a une conductivité supérieure ou égale à 20 pS/cm et un titre hydrotimétrique TH en degré français (°f) tel que TH > 50 °f.
En référence à la figure 1, le procédé de préparation peut comprendre en outre, une étape de mise à disposition E51 d'au moins un élément d'addition choisi dans le groupe comprenant des sels 13 et des correcteurs de pH 15. Les sels 13 et correcteurs de pH 15 peuvent notamment comprendre : le chlorure de sodium NaCI, le bicarbonate de sodium NaHCOs, le carbonate de sodium Na2CÜ3, le chlorure de calcium CaCL, le sulfate de magnésium MgSO4, le chlorure de magnésium MgCL, et le bromure de sodium NaBr. Une masse notée « m » d'éléments d'addition peut ensuite être diluée dans une solution aqueuse lors d'une étape de dilution E53 pour former une solution d'addition. Par exemple, la masse m d'élément d'addition peut être diluée dans une partie de la solution d'eau déminéralisée 7. Dans le cas où plusieurs éléments d'addition sont ajoutés, il est possible de réaliser plusieurs solutions d'additions correspondant chacune à un élément d'addition dilué. Dans ce cas, plusieurs masses mj correspondant à chaque élément d'addition j sont diluées dans une solution aqueuse.
En référence à nouveau à l'étape de fourniture E6, il est bien compris que cette étape de fourniture E6 de la première solution aqueuse et de la deuxième solution aqueuse n'est pas limitative et qu'elle peut comprendre également la fourniture d'un nombre de volumes de solutions aqueuse distinctes supérieur à deux. Ainsi, l'étape de fourniture E6 peut comprendre la fourniture d'une troisième ou d'une quatrième solution aqueuse choisie distinctes entre elles et distinctes de la première solution aqueuse et de la deuxième solution aqueuse, lesdites troisième ou quatrième solution aqueuses étant choisies dans le groupe composé de :
- la solution d'eau industrielle 3, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, la solution d'eau déminéralisée 7, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
Le procédé de préparation peut comprendre ensuite une étape de calcul E7 dans laquelle un premier volume VI de la première solution aqueuse et un deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse sont déterminés en fonction dudit au moins un paramètre utile pul définissant la première composition cl, et dudit au moins un paramètre utile pu2 définissant la deuxième composition c2. Dans le cas où des sels 13 et des correcteurs de pH 15 sont mis à disposition lors de l'étape E51, l'étape de calcul E7 a également pour but de déterminer la masse m d'élément d'addition en fonction de la première composition cl, de la deuxième composition c2, et de la composition finale cible cfc. Comme indiqué précédemment, la détermination d'un premier volume VI d'une première solution aqueuse, et d'un deuxième volume V2 d'une deuxième solution aqueuse n'est pas limitative, et l'étape de calcul E7 peut également comprendre la détermination d'un troisième volume V3 d'une troisième solution aqueuse caractérisé par une troisième composition c3, et d'un quatrième volume V4 d'une quatrième solution aqueuse caractérisée par une quatrième composition c4. Ces volumes VI, V2, V3, et V4 de solutions aqueuses, et cette masse m sont destinés à être mélangés lors d'une phase de mélange P3 qui sera décrite plus loin, et de manière à fabriquer un volume de mélange Vml d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange cml qui peut également être définie par au moins un paramètre utile puml choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium THMg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, une concentration en ions chlorures CCI, sulfates CS, bromures CBr, sodium CNa, et un pH.
L'étape de calcul E7 a donc pour but de déterminer les volumes de solution aqueuses VI, V2, V3, et V4, et la masse m de sorte que ledit au moins un paramètre utile puml définissant la composition de mélange cml tende vers ledit au moins un paramètre utile pue définissant la composition finale cible cfc. Il est donc bien compris qu'en fonction de l'étape de calcul, les volumes VI, V2, V3, ou V4 peuvent être nuis et que la masse m peut être nulle.
Par exemple, selon une première variante non limitative, l'étape de calcul E7 permet de déterminer le premier volume VI de la première solution aqueuse déterminée par au moins un premier paramètre utile pul de même nature que le au moins paramètre utile pue cible et le deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse déterminée par au moins un deuxième paramètre utile pu2 de même nature que le au moins paramètre utile pue cible. L'étape de calcul peut consister à résoudre le système d'équation suivant : pul*Vl +pu2*V2=puc*Vml
Vml=Vl+V2
Dans le cas où plusieurs paramètres utiles pue cibles sont déterminés pour la composition finale cible cfc, la méthode de calcul décrite consiste à résoudre autant de systèmes d'équations que de paramètres utiles cibles déterminés.
Dans ce cas, il est avantageux d'utiliser une unité de calcul 30.
Selon un mode de réalisation, l'étape de calcul E7 est mise en oeuvre par une unité de calcul 30 configurée pour calculer le premier volume VI de la première solution aqueuse et le deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse de manière à minimiser une différence entre ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange cml et ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible cfc. Dans le cas où la composition finale cible cfc est définie par plusieurs paramètres, il n'existe parfois pas de solutions pour VI et V2 permettant de résoudre le système. De manière avantageuse, l'unité de calcul 30 permet de faire des choix de priorité sur la précision d'un des paramètres utiles par rapport à d'autres. De cette manière, il est possible de mettre en oeuvre le procédé de préparation dans le cas où n'existe pas de solution mathématique unique ou exacte pour la préparation de l'eau de refroidissement 1 ayant une composition proche de la composition finale cible cfc.
Selon un mode de réalisation, chacune de la première composition cl, de la deuxième composition c2, de la composition de mélange cml, et de la composition finale cible cfc, est définie par une pluralité de paramètres utiles, l'étape de calcul E7 peut alors être mise en oeuvre en pondérant chaque paramètre utile de ladite pluralité de paramètres utile par un coefficient de pondération.
Selon un mode de réalisation l'étape de calcul E7 peut être mise en oeuvre par la comparaison de chaque paramètre utile avec un autre paramètre utile de même type. Par exemple, selon une autre variante non limitative, l'étape de calcul E7 permet de déterminer le premier volume VI de la première solution aqueuse et le deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse en comparant le titre alcalimétrique complet TAC de la première solution aqueuse, le titre alcalimétrique complet TAC de la deuxième solution aqueuse, et le titre alcalimétrique complet TAC de l'eau de refroidissement 1. Ainsi, chaque paramètre utile peut être comparé à un autre paramètre utile de même type lors de l'étape de calcul E7.
Le procédé de préparation comprend enfin, la phase de mélange P3 comprenant une première étape de mélange E8 dans laquelle le premier volume VI de la première solution aqueuse et le deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse sont mélangés, de manière à fabriquer le volume de mélange Vml d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange cml. Cette solution de mélange constitue alors tout ou partie de l'eau de refroidissement 1.
Il est bien compris que lesdits premier volume VI de la première solution aqueuse et deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse sont déterminés lors de l'étape de calcul E7, en fonction de ladite première composition cl et de ladite deuxième composition c2, et de sorte que la composition de mélange cml tende vers la composition finale cible cfc prédéterminée.
Comme lors de l'étape de fourniture E6, la phase de mélange P3 n'est pas limitée au premier volume VI de la première solution aqueuse et au deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse et peut comprendre également le mélange d'un nombre de volumes de solutions aqueuse distinctes supérieur à deux. Par exemple, l'étape de fourniture E6 peut comprendre le mélange de la troisième et/ou la quatrième solution aqueuse avec la première et la deuxième solution aqueuse. Par ailleurs, la première étape de mélange E8 peut également comprendre le fait de mélanger la masse m d'élément d'addition, elle-même déterminée également lors de l'étape de calcul E7. Ainsi, et selon un mode de réalisation particulier, l'eau de refroidissement 1 peut être obtenue par un mélange de quatre volumes VI, V2, V3, V4 de solutions aqueuses, chaque volume de solution aqueuse provenant respectivement de la solution d'eau industrielle 3, de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, de la solution d'eau déminéralisée 7, et de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9, et de la masse m d'élément d'addition.
La phase de mélange P3 peut ensuite comprendre une étape de contrôle E9 de la composition de mélange cml, dans laquelle une valeur intermédiaire dudit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange cml est déterminée, de manière à calculer un écart initial entre ladite valeur intermédiaire et une valeur cible dudit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible cfc. L'étape de contrôle E9 permet donc de déterminer l'écart entre les paramètres utiles de la composition de mélange cml et les paramètres utiles correspondants de la composition finale cible cfc. En d'autres termes, l'étape de contrôle E9 permet de quantifier si la composition de mélange cml est suffisamment proche de la composition finale cible cfc.
Dans le cas où l'écart initial est supérieur à un écart seuil, c'est à dire lorsque la composition de mélange cml est trop éloignée de la composition finale cible cfc, la phase de mélange peut comprendre une deuxième étape de mélange E10 dans laquelle au moins un élément de correction est mélangé à la solution de mélange de manière à fabriquer un volume de mélange corrigé Vm2 d'une solution de mélange corrigée caractérisée par une composition de mélange corrigée cm2 qui est définie par au moins un paramètre utile. Cet élément de correction est Tl choisi dans le groupe composé d'un volume de la solution d'eau industrielle 3, d'un volume de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5, d'un volume de la solution d'eau déminéralisée 7, d'un volume de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9, d'une masse ml de sel 13, et d'une masse m2 de correcteurs de pH 15.
Naturellement, l'élément de correction est choisi de sorte qu'un écart corrigé entre une valeur corrigée dudit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange corrigée cm2 et ladite valeur cible soit inférieur à l'écart initial.
Selon un mode de réalisation, il peut être prévu que l'étape de contrôle E9 comprenne la détermination de l'écart corrigé, et que la deuxième étape de mélange E10 soit mise en oeuvre itérativement tant que l'écart corrigé est supérieur à l'écart seuil. Par exemple, l'écart seuil peut être égal à 10% ou 5% ou 3% de la valeur cible.
De manière généralement, il peut aussi être prévu qu'au moins une étape de mélange parmi la première étape de mélange E8 et la deuxième étape de mélange E10 soit mise en oeuvre de manière à maintenir la solution de mélange corrigée à une température comprise entre 10°C et 35°C, préférentiellement entre 12°C et 30°C.
Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un procédé de préparation d'une eau de refroidissement 1 présentant une composition proche d'une composition finale cible cfc. Par ailleurs, et de manière avantageuse, l'utilisation de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 permet de produire plus facilement et à la demande, une eau de refroidissement 1 ayant une composition proche de la composition finale cible cfc.
Selon l'invention, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ est telle que la concentration en ions Mg2+ et Ca2+ est supérieure à la concentration en ions Mg2+ et Ca2+ de la solution d'eau industrielle, de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques, ou de la solution d'eau déminéralisée.
Comme indiqué précédemment, le procédé de préparation, et le procédé de coulée peuvent être mis en oeuvre par l'intermédiaire d'un dispositif de coulée 100, objet de l'invention.
Le dispositif de coulée, représenté sur la figure 1, comprend un dispositif de préparation 50 d'une eau de refroidissement 1. Le dispositif de préparation 50 peut notamment comprendre au moins un réservoir choisi parmi :
- un premier réservoir 33 configuré pour recevoir la solution d'eau industrielle 3 ;
- un deuxième réservoir 35 configuré pour recevoir la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 ;
- un troisième réservoir 37 configuré pour recevoir la solution d'eau déminéralisée 7 ;
- un quatrième réservoir 39 configuré pour recevoir la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9. Le mode de réalisation de la figure 1 présente un dispositif de préparation 50 comprenant quatre réservoirs.
Selon un mode de réalisation non représenté, l'utilisation du premier réservoir 33, du deuxième réservoir 35, du troisième réservoir 37, et du quatrième réservoir 39 peut être remplacée par un procédé de mélange continu en ligne. Par procédé de mélange continu en ligne, on entend la possibilité de réaliser les mélanges des solutions aqueuses directement dans un système de tuyauterie ou d'alimentation.
Le dispositif de coulée 100 peut en outre comprendre un échangeur de cations 20 (figure 2) comprenant un matériau actif, ledit échangeur de cations 20 étant configuré pour varier entre une configuration chargée dans laquelle des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ sont liés au matériau actif, et une configuration régénérée dans laquelle le matériau actif est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+, ledit échangeur de cations 20 comprenant des moyens permettant de le relier à l'unité de mélange 31 non représentée. Le matériau actif peut comprendre soit une résine cationique faible 21, soit une résine cationique forte 23. Comme cela est illustré sur la figure 2, l'échangeur de cations 20 est inclus dans le dispositif de préparation 50. Afin de pouvoir mettre en oeuvre simplement le procédé de préparation, l'échangeur de cations 20 peut comprendre des moyens permettant de le relier à au moins un réservoir, par exemple le premier réservoir 33, le deuxième réservoir 35, le troisième réservoir 37, ou le quatrième réservoir 39. Ces moyens peuvent par exemple comprendre des canalisations permettant d'effectuer un transfert fluidique vers et hors de l'échangeur de cations 20.
Le dispositif de coulée 100 peut également comprendre un osmoseur inverse 27 ou un échangeur d'ions sur résine de déminéralisation 25, ledit osmoseur inverse 27 ou ledit échangeur d'ions comprenant des moyens permettant de le relier à une unité de mélange 31 et à l'échangeur de cations 20 non représentés. De manière générale, l'osmoseur inverse Tl ou ledit échangeur d'ions sur résine de déminéralisation 25 comprend des moyens permettant de le relier à au moins un réservoir, par exemple le premier réservoir 33, le deuxième réservoir 35, le troisième réservoir 37, ou le quatrième réservoir 39. Sur la variante illustrée sur la figure 2, l'osmoseur inverse Tl comprend des moyens permettant de le relier de manière fluidique au deuxième réservoir 35, et au troisième réservoir 37.
Le dispositif de préparation 50 peut comprendre une alimentation en acide fort 41 configurée pour être reliée à l'échangeur de cations 20, et une unité de stockage 32 d'élément d'addition configurée pour stocker au moins un élément d'addition choisi dans le groupe comprenant des sels 13 et des correcteurs de pH 15. En référence à nouveau à la figure 1, le premier réservoir 33, le deuxième réservoir 35, le troisième réservoir 37, le quatrième réservoir, et l'unité de stockage 32 sont reliés de manière fluidique à une unité de mélange 31.
L'unité de mélange 31 est configurée pour recevoir la première solution aqueuse caractérisée par la première composition cl et la deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par la deuxième composition c2, ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé de :
- la solution d'eau industrielle 3,
- la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5,
- la solution d'eau déminéralisée 7,
- la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
L'unité de mélange 31 est par ailleurs configurée pour mélanger un premier volume VI de ladite première solution aqueuse et un deuxième volume V2 de ladite deuxième solution aqueuse, de manière à fabriquer un volume de mélange Vml d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange cml et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement 1.
Lesdits premier volume VI de la première solution aqueuse et deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse étant déterminés en fonction de ladite première composition cl et de ladite deuxième composition c2, et de sorte que la composition de mélange cml tende vers une composition finale cible cfc prédéterminée. Comme cela est représenté sur la figure 1, l'unité de mélange 31 peut être configurée pour mélanger un nombre de volumes de solutions aqueuses supérieur à deux. L'unité de mélange 31 est en outre configurée pour recevoir et pour mélanger une masse m d'élément d'addition avec la solution de mélange, ladite masse m d'élément d'addition étant déterminée en fonction de la première composition cl, de la deuxième composition c2, et de la composition finale cible cfc.
Selon un mode de réalisation particulier, l'unité de mélange 31 comprend un système de contrôle de température 61 comprenant un capteur de température 63 configuré pour mesurer une température de mélange correspondant à la température de la solution de mélange. Le système de contrôle de température 61 est alors configuré pour maintenir la température de mélange entre 10°C et 35°C, de préférence entre 12°C et 30°C. Le système de contrôle de température 61 peut être pourvu de moyens de chauffage 65 configurés pour chauffer l'unité de mélange 31, lorsque la température de mélange est inférieure ou égale à 10°C ou 12°C. Le système de contrôle de température 61 peut également comprendre des moyens de refroidissement 67 configurés pour refroidir l'unité de mélange 31, lorsque la température de mélange est supérieure ou égale à 35°C ou 30°C. De plus, le dispositif de coulée 100 peut avantageusement comprendre une unité d'analyse 60 configurée pour mesurer au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant : une concentration en calcium THCa, une concentration en magnésium THMg, un titre alcalimétrique complet TAC, un titre alcalimétrique TA, un titre hydrotimétrique TH, et le pH. L'unité d'analyse 60 peut notamment être utilisée pour mettre en oeuvre la première étape d'analyse El et la deuxième étape d'analyse E2 du procédé de préparation.
Enfin, le dispositif de coulée 100 peut comprendre une unité de calcul 30 configurée pour déterminer le premier volume VI de la première solution aqueuse et le deuxième volume V2 de la deuxième solution aqueuse en fonction d'un paramètre utile définissant la première composition cl, d'un paramètre utile définissant la deuxième composition c2, et de sorte qu'un paramètre utile définissant la composition de mélange cml tende vers un paramètre utile définissant la composition finale cible cfc. De manière générale l'unité de calcul est apte à mettre en oeuvre l'étape de calcul E7 selon les modes de réalisation décrits ci avant et ci-après. Le procédé de préparation et sa mise en oeuvre avec le dispositif de coulée 100 pourra être mieux compris sur la base des exemples donnés ci-dessous, donnés à titre d'exemple non limitatif.
Exemple 1 :
Dans cet exemple, une eau de refroidissement 1 est préparée en fonction d'un eau industrielle cible. Le tableau 1 ci-dessous décrit la composition de la solution d'eau industrielle 3 pouvant par exemple correspondre à la première composition cl, et la composition finale cible cfc obtenues lors de la première étape d'analyse El, et de la deuxième étape d'analyse E2.
^Tableau 1]
Figure imgf000032_0001
Dans cet exemple, la solution d'eau industrielle 3 caractérisée par la composition cl, présente une dureté élevée, une alcalinité élevée et une forte teneur en ions chlorures. Cette solution d'eau industrielle 3 peut être stockée dans un premier réservoir 33.
Une partie de la solution d'eau industrielle 3 peut alors subir une étape de charge E32 lorsqu'elle circule dans l'échangeur de cations comprenant une résine cationique faible 21 (la résine RESINEX KW-H, de la société Jacobi Carbons, Suède). Lors de cette étape de charge E32, la solution d'eau industrielle 3 circule avec un débit de 5m3/h, puis sur un dégazeur lors de l'étape de dégazage E34. Le dégazeur comprend une colonne à ruissellement avec flux d'air à contre-courant qui est située au-dessus d'un deuxième réservoir 35. On obtient ainsi dans ce deuxième réservoir, la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 qui est alors une eau décarbonatée présentant dans cette exemple une deuxième composition c2.
Le deuxième réservoir 35 peut comprendre des moyens qui permettent de le relier de manière fluidique à un osmoseur inverse Tl, afin de pouvoir alimenter le troisième réservoir 37 en eau déminéralisée. Selon cet exemple, l'osmoseur inverse Tl comprend neuf membranes et fonctionne avec un taux de purge de 25%. Cet osmoseur inverse Tl est apte à produire entre lm3/h et 2m3/h de la solution d'eau déminéralisée 7 lors de l'étape de déminéralisation E41. Ladite solution d'eau déminéralisée présente alors une composition c3 qui est stockée dans un troisième réservoir 37.
Lorsque la résine faible 21 de l'échangeur de cations 20 est suffisamment chargée lors de l'étape de charge E32, l'étape d'élution E43 est mise en oeuvre de manière à produire la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 présentant une quatrième composition c4, dont une partie sera stockée dans un quatrième réservoir 39. Par exemple, l'étape d'élution E43 peut être mise en oeuvre lorsqu'un pourcentage de charge de la résine faible 21 par rapport à la saturation théorique calculée pour l'échangeur de cations est comprise entre 60% et 90% de la saturation.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'élution E43 comprend :
- une étape de détassage dans laquelle de l'eau industrielle 3 est introduit à contre-courant, cette étape de détassage permettant de soulever les grains de résine et d'éliminer les impuretés accumulées, typiquement on utilise un débit d'eau d'au moins 5 m3/h
- une étape d'élution avec une solution d'acide sulfurique à 4%, cette solution étant elle- même préparée par dilution à l'aide d'une pompe doseuses d'une solution d'acide sulfurique commerciale à 20% avec de l'eau déminéralisée. Cette étape permet de fabriquer la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
- une étape de rinçage lent (écoulement piston du liquide) avec de l'eau déminéralisée 7 afin de faire circuler une partie de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 vers le réservoir 39, et
- une étape de rinçage rapide (écoulement turbulent du liquide) avec de la solution d'eau déminéralisée 7, consistant à éliminer rapidement des traces d'acide 11 qui seraient encore présentes.
Dans le cas particulier de cet exemple, l'utilisation de résines cationiques faibles 21 permet d'obtenir des effluents d'acidité relativement faibles qui sont simplement neutralisés par passage sur un lit de granulés de carbonate de calcium. On considère comme effluent acide toute eau qui n'est pas utilisée pour la fabrication de l'eau de coulée (1, la ou lb), résidus, partie de la solution acide non utilisée, rinçages). Comme indiqué précédemment, la solution d'eau industrielle 3 a une première composition cl déterminée lors de la deuxième étape d'analyse E2. Cette première composition cl de cette solution d'eau industrielle 3 peut être suffisamment stable dans le temps pour ne pas nécessiter de deuxièmes étapes d'analyse E2 supplémentaires.
Dans le cas particulier de ce premier exemple, les, deuxième, troisième, et quatrième compositions c2 c3 et c4 peuvent être déduites connaissant la première composition de cl, de la façon suivante :
La solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 est obtenue par décarbonatation sur une résine cationique faible 21. Les cations Na+ (sodium), Ca2+ (calcium) et Mg2+ (magnésium) liés aux sels d'acides forts (sulfates et chlorures) ne sont pas retenus et vont se retrouver dans la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 en passant à travers l'échangeur de cation 20, ainsi que tous les anions (carbonates, bicarbonates). Les cations retenus par l'échangeur de cation 20 (Mg2+ et Ca2+ liés aux carbonates et bicarbonates) seront retenus sur la résine cationique faible 21 et remplacés par des ions hydronium HsO+ (2 ions HsO+ par ion Ca2+ ou par ion Mg2+). On calcule donc la deuxième composition c2 en ions calcium et magnésium, dans ce cas, à partir du titre hydrotimétrique TH total selon la formule suivante :
TH (de la deuxième composition c2) = TH (de la première composition cl) - TAC (de la première composition cl).
On obtient donc TH=3.1°f (41.1-38.0).
Les valeurs en calcium (THCa) et magnésium (THMg) se calculent en faisant l'hypothèse que l'on conserve le même ratio (ici THCa/THMg=5) que dans la solution d'eau industrielle. On calcule donc THCa et THMg dans la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 en résolvant les équations (1) et (2) :
(1) THCa/THMg=5
(2) THCa + THMg= TH = 3.1
En résolvant, ce système, on obtient alors les valeurs du tableau 2 ci-dessous (THMg=0.5°f, et THCa=2.6°f, valeurs arrondies).
Le TAC, obtenu après le dégazeur, a été mesuré à 0.5°f en sortie du dégazeur. Cette valeur est stable et n'est pas mesurée à chaque mélange.
La solution d'eau déminéralisée ayant la troisième composition c3 est produite par déminéralisation de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5 lors de l'étape de déminéralisation E41. Il est possible d'analyser la troisième composition c3 lors d'une troisième étape d'analyse consistant à mesurer la conductivité de la solution. Cette troisième étape d'analyse permet de déterminer que les ions principaux ont une concentration inférieure à 5mg/L, sauf pour le sodium et les chlorures (5mg/L environ).
La quatrième composition c4 de la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 dépend de la concentration en acide 11 utilisée pour la régénération de la résine cationique faible 21. On tient compte pour cet exemple du rendement d'élution de l'échangeur de cations utilisé estimé à 0.98. La valeur de 0.98 correspond au rendement d'élution de l'échangeur de cations utilisé. La concentration en ions calcium et magnésium (à partir desquelles on calcule TH) correspond alors en début d'étape d'élution E43, à 0.98 fois la concentration (en moles ou en °f) en acide sulfurique. Cette concentration d'acide sulfurique peut être contrôlée par des mesures de débits en acide et en eau, et une mesure de conductivité en ligne. Il peut être prévu de ne garder que l'éluat du début de l'étape d'élution E43, et dans la limite de la capacité du quatrième réservoir 39. Suivant ce protocole, la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9 a donc une quatrième composition c4 constante qui peut être déterminé une seule fois par la mise en oeuvre de la deuxième étape d'analyse E2 sur la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9.
Tableau 2]
Figure imgf000035_0001
Les relations suivantes existent entre TH, THCa, THMg et R = THCa/THMg.
TH = THCa + THMg
THCa = R.TH/(1+R)
THMg = TH/(1+R)
Les étapes de mise à disposition E51 d'au moins un élément d'addition et de dilution E53 permet de former des solutions d'additions de composition al, a2, a3, a4, et a5 correspondant à la dilution de la masse ml de sel, ou la masse m2 de correcteur de pH dans un volume de solution d'eau déminéralisée 7 de manière à fournir une solution d'addition de MgSO4 (à 10%) définie par une composition al, une solution d'addition de MgCL (à 10%) définie par une composition a2, une solution d'addition de NaHCOs (à 8%) définie par une composition a3, et une solution d'addition de NaOH (à 5%) définie par une composition a4. La solution d'acide sulfurique à 20% utilisée pour régénérer les échangeurs de cations 20 est stockée dans une cuve de 3m3. Elle peut aussi servir de solution d'addition définie par une composition a5.
Les compositions chimiques al, a2, a3, a4, et a5 des solutions d'addition sont décrites avec le même formalisme que les quatre solutions aqueuses précédentes, les paramètres TH et le ratio R= THCa/THMg étant remplacés par THCa et THMg, pour éviter les calculs divergents quand THCa = 0, ou THMg = 0.
^Tableau 3]
Figure imgf000036_0001
A partir des solutions aqueuses disponibles de compositions cl, c2, c3, et c4, de la composition finale cible cfc, et des compositions chimiques des solutions d'addition al, a2, a3, a4, et a5, il est possible de mettre en oeuvre l'étape de calcul E7.
La composition de mélange cml de la solution de mélange, pour un volume Vml (connu), est alors décrite par l'équation suivante, qui se décline pour chaque paramètre utile de chaque composition (par exemple THCa, THMg, TAC, Sodium, Chlorures, Sulfates). On obtient donc dans ce cas, 6 équations correspondant à 6 paramètres utiles différents : ci.Vml = Vl.cli + V2.c2i + V3.c3i + V4.c4i + Val.ali + Va2.a2i + Va3.a3i + Va4.a4i + Va5.a5i.
L'indice i dans la formule précédente fait référence aux 6 paramètres utiles décrits dans cet exemple (THCa, THMg, TAC, CNa, CCI, CS).
On a Vml=Vl+V2+V3+V4+Val+Va2+Va3+Va4+Va5, où VI, V2, V3, et V4 correspondent aux volumes à mélanger de solutions aqueuses de compositions cl, c2, c3, et c4 et Val, Va2, Va3, Va4, et Va5 correspondent aux volumes à mélanger des solutions d'additions de composition al, a2, a3, a4, a5.
Dans le cas de ce premier exemple, les paramètres suivants Vml et cli, c2i, c3i, c4i, ali, a2i, a3i, a4i, a5i sont connus :
- Vml correspond au volume d'eau de refroidissement à fabriquer. Il est également possible d'utiliser des débits en divisant les volumes par une unité de temps. Ce paramètre est défini par une valeur unique. Pour cet exemple, on a besoin de 24m3 de solution d'eau de refroidissement. Cette valeur en débit est 2.4m3/h si le temps caractéristique est lOh (intervalle de temps entre chaque coulée par exemple).
- cli, c2i, c3i, c4i, ali, a2i, a3i, a4i, a5i : correspondent respectivement aux paramètres utiles des solutions aqueuses disponibles (3, 5, 7, 9), et des solutions d'addition de sels 13 et correcteurs de pH 15 disponibles. Des étapes d'analyse complémentaires peuvent éventuellement être mises en oeuvre pour contrôler chaque paramètre utile.
Selon une variante non limitative, un coefficient de pondération yi peut être utilisé pour prioriser un des paramètres utiles. Dans cet exemple, par exemple une importance plus grande est donnée à la concentration en magnésium THMg par rapport à la concentration en sodium CNa ou à la concentration en ions sulfates CS. Les coefficients de pondération yi suivants sont donc choisis, permettant d'obtenir la composition de mélange cml suivante (tableau 4) :
^Tableau 4]
Figure imgf000037_0001
Dans le cadre de cet exemple et des pondérations choisies, il est possible d'obtenir une solution de mélange ayant une composition de mélange cml égale à la composition finale cible cfc. Une telle solution n'est cependant pas toujours mathématiquement obtenue compte tenu des éléments disponibles lors du procédé de préparation.
L'étape de calcul E7 comprend donc ensuite la détermination des volumes à mélanger. Dans cet exemple, les inconnues sont les 9 volumes des solutions à mélanger (VI, V2, V3, V4, Val, Va2, Va3, Va4, Va5). L'unité de calcul 30 utilise alors un solveur qui permet de minimiser la somme des écarts suivante :
Zi=i =>6 Yi. [(VI. cl, + V2.C2, + V3.c3i + V4.c4, + Val.al, + Va2.a2, + Va3.a3, + Va4.a4, + Va5.a5i ) - Vml.cmli ]2
Afin d'obtenir des solutions mathématiques qui ont un sens physique, des conditions aux limites souhaitées sont ajoutées (i.e. toutes les valeurs sont positives, les volumes ne peuvent pas être supérieurs à la capacité des réservoirs 33, 35, 37, 39) de façon à obtenir les volumes de chaque solution à ajouter, ainsi que la composition de mélange cml de la solution de mélange.
Dans le cadre de cet exemple particulier, un volume Vml de 24 m3 de la solution de mélange peut être obtenue par le mélange des volumes suivants :
- VI (solution d'eau industrielle 3) = 9.28m3
- V2 (solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques 5) = 9.10m3
- V3 (solution d'eau déminéralisée 7) = 2.64m3
- V4 (solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ 9) = 2.98m3
Et avec les additifs suivants :
Val (solution MgSO4 à 10%) = 21.7L
Va2 (solution CaCI2 à 10%) = 13.3L
Va3, Va4 et Va5 ne sont pas utilisés (=0). La phase de mélange P3 comprend alors uniquement une première étape de mélange E8 par le mélange dans une unité de mélange 31 des volumes calculés correspondant aux différentes solutions. Par exemple, la première étape de mélange E8 des solutions aqueuses peut être réalisé dans l'ordre suivant : VI, V2, V3, V4, par l'intermédiaire d'un agitateur magnétique, puis par l'ajout des volumes de solutions d'addition Val et Va2 en maintenant le brassage. Le procédé de préparation peut ensuite comprendre l'étape de contrôle E9 dans laquelle un contrôle de la composition de mélange cml obtenue est réalisé. Ce contrôle comprend :
- la mesure du taux hydrotimétrique TH et du taux alcalimétrique complet TAC à l'aide d'un analyseur de TH et de TAC à indicateur coloré
- la mesure du pH par une sonde de pH.
Selon le résultat de l'étape de contrôle E9, le pH peut ensuite être corrigé par l'ajout de l'eau de javel pour obtenir une quantité de chlore libre souhaitée pour que la composition de mélange cml tende vers la composition finale cible cfc.
Exemple 2 :
Dans ce deuxième exemple, Le tableau 5 ci-dessous décrit la composition de la solution d'eau industrielle pouvant par exemple correspondre à la première composition cl, et décrit également la composition finale cible cfc. Ces deux compositions sont obtenues lors de la première étape d'analyse El, et de la deuxième étape d'analyse E2. En particulier dans la mise en oeuvre du procédé de préparation de cet exemple, le but est d'obtenir une eau de refroidissement 1 pour laquelle les paramètres utiles « taux hydrotimétrique et taux alcalimétrique complet TAC » sont inférieurs aux paramètres utiles correspondant de la composition finale cible cfc.
Tableau 5]
Figure imgf000038_0001
Selon cet exemple, le dispositif de préparation 50 comprend un osmoseur inverse Tl, relié au premier réservoir 33, mais ne comprend pas d'échangeur de cations 20. Il n'est donc possible de réaliser que deux solutions aqueuses caractérisées par deux compositions :
- la solution d'eau industrielle 3 caractérisée par la première composition cl ; et
- la solution d'eau déminéralisée 7 caractérisée par une deuxième composition c2.
La solution d'eau industrielle 3, par exemple stockée dans le premier réservoir 33, ou disponible directement sur site, alimente l'osmoseur inverse Tl , ce qui permet de produire la solution d'eau déminéralisée 7 par l'étape de déminéralisation E41 d'une partie de la solution d'eau industrielle 3, puis de la stocker dans le troisième réservoir 37.
De manière avantageuse, la solution d'eau industrielle 3 servant à produire la solution d'eau déminéralisée 7 est filtrée par un filtre ayant une maille de filtration de 5pm. Cela permet d'éviter l'encrassement des membranes (en particulier au niveau des espaceurs) et augmente leur durée de vie. De manière avantageuse, on injecte en continu un produit séquestrant à base de polyphosphates Cela permet d'éviter la précipitation des ions calcium en présence de carbonates dans la boucle de concentration de l'osmoseur inverse 27.
Dans le cadre de cet exemple, la solution d'eau industrielle 3 stockée dans le premier réservoir 33 peut avoir une composition cl qui varie en fonction notamment des appareils utilisant cette eau, de la saison, et du fonctionnement du système de contrôle de température 61. Ainsi, il peut être prévu de mettre en oeuvre une ou plusieurs deuxièmes étapes d'analyse E2 afin de connaître à chaque instant une bonne estimation de la première composition cl de cette solution d'eau industrielle 3 stockée.
Contrairement à la solution d'eau industrielle 3, la solution d'eau déminéralisée 7 présente une composition c2 sensiblement constante et connue. Il n'est donc pas nécessaire de réaliser de deuxième étape d'analyse E2 à chaque étape de déminéralisation E41. Un contrôle de conductivité en ligne suffit à s'assurer du bon fonctionnement de l'osmoseur et de la qualité constante de l'eau. Le tableau 6 ci-dessous dresse les première et deuxième compositions cl, c2 des solutions d'eau industrielle 3 et d'eau déminéralisée 7.
Tableau 6]
Figure imgf000039_0001
A partir des solutions aqueuses disponibles et de la composition finale cible cfc, il est possible de mettre en oeuvre l'étape de calcul E7. Dans cet exemple, il n'est pas possible d'utiliser d'autres solution aqueuses que celle citées ci-avant, ni d'utiliser d'éléments d'addition.
La composition de mélange de la solution de mélange cml, pour un volume Vml (connu), est alors décrite par l'équation suivante, qui se décline pour chaque paramètre utile de chaque composition (par exemple THCa, THMg, TAC, Sodium, Chlorures, Sulfates). On obtient donc dans ce cas 6 équations correspondant à 6 paramètres utiles différents : ci.Vml = Vl.cli + V2.c2i,
L'indice i faisant référence aux 6 paramètres utiles décrits dans cet exemple (THCa, THMg, TAC, CNa, CCI, CS), avec Vml=Vl+ V2. Dans le cas de ce premier exemple, les paramètres suivants sont connus :
- Vml : volume de solution à fabriquer ;
- cli, c2i : qui correspondent respectivement aux paramètres utiles des solutions aqueuses disponibles (3, 7),
Selon une variante non limitative, un coefficient de pondération yi peut être utilisé pour prioriser un des paramètres utiles. Dans cet exemple, par exemple une importance plus grande est donnée à la concentration en magnésium THMg et à la concentration en calcium THCA par rapport aux autres paramètres utiles. Les coefficients de pondération yi suivants sont donc choisis, permettant d'obtenir la composition de mélange cml suivante (tableau 7) :
^Tableau 7]
Figure imgf000040_0001
L'étape de calcul E7 comprend donc ensuite la détermination des volumes à mélanger. Dans cet exemple, les inconnues sont les 2 volumes des solutions aqueuses à mélanger VI, V2. L'unité de calcul 30 utilise alors un solveur qui permet de minimiser la somme des écarts suivante :
Zi= 1 =>6 yi. [(VI. cl, + V2.c2i) - Vml.cmli ]2
Afin d'obtenir des solutions réelles, des conditions aux limites souhaitées sont ajoutées. Par exemple, toutes les valeurs sont positives, les volumes ne peuvent pas être supérieurs à la capacité des réservoirs 33, 37 de façon à obtenir les volumes de chaque solution à ajouter ainsi que la composition de mélange cml de la solution de mélange.
Dans ce cas particulier, compte tenu des solutions aqueuses disponibles, il n'est pas possible d'obtenir exactement la composition finale cible cfc. Il est néanmoins possible d'obtenir un volume de solution de mélange Vml respectant les objectifs fixés du procédé de préparation en choisissant de mélanger moitié-moitié la solution industrielle 3 (Vl=50% Vml) et la solution déminéralisée 7 (V2= 50% Vml).

Claims

REVENDICATIONS Procédé de préparation d'une eau de refroidissement (1) pour refroidir un produit durant une opération de transformation métallurgique et notamment pour des applications de coulée semi-continue de produits de fonderie, le procédé de préparation comprenant les étapes suivantes :
- une étape d'analyse (El) de la composition d'une eau de refroidissement cible de manière à déterminer une composition finale cible (cfc),
- une étape de fourniture (E6) d'au moins une première solution aqueuse caractérisée par une première composition (cl) et d'au moins une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition (c2), ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
. d'une solution d'eau industrielle (3) de conductivité inférieure ou égale à 2000 pS/cm avec un titre hydrotimétrique inférieur ou égale à 80 °f,
. d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques (5) de conductivité supérieure ou égale à 100 pS/cm ,qui est soit une eau décarbonatée telle que TH5 <TAC5 + 3°f, soit une eau permutée telle TH5 < 3 °f, où TH5 et TAC5 sont respectivement le titre hydrotimétrique et le titre alcalimétrique de la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques (5) considérée exprimés en degré français °f,
. d'une solution d'eau déminéralisée (7) de conductivité inférieure ou égale à 100 pS/cm,
. d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ (9), de conductivité supérieure ou égale à 20 pS/cm, telle que son titre hydrotimétrique THg est supérieure à 50 °f,
- une phase de mélange (P3) comprenant une première étape de mélange (E8) dans laquelle un premier volume (VI) de la première solution aqueuse et un deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse sont mélangés, de manière à fabriquer un volume de mélange (Vml) d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange (cml), et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement (1), lesdits premier volume (VI) de la première solution aqueuse et deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse étant déterminés par une étape de calcul (E7) en fonction de ladite première composition (cl) et de ladite deuxième composition (c2), et dans lequel chacune de la première composition (cl), de la deuxième composition (c2), de la composition de mélange (cml), et de la composition finale cible (cfc), est définie par au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant une concentration en calcium (THCa), une concentration en magnésium (THMg), un titre alcalimétrique complet (TAC), un titre alcalimétrique (TA), un titre hydrotimétrique (TH), une concentration en ions chlorures (CCI), sulfates (CS), bromures (CBr), sodium (CNa) et un pH ;
- ladite étape de calcul (E7) dans laquelle le premier volume (VI) de la première solution aqueuse et le deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse sont déterminés en fonction dudit au moins un paramètre utile définissant la première composition (cl), dudit au moins un paramètre utile définissant la deuxième composition (c2), et de sorte que ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange (cml) tende vers ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible (cfc). Procédé de préparation selon la revendication 1, dans lequel l'étape de calcul (E7) est mise en oeuvre par une unité de calcul (30) configurée pour calculer le premier volume (VI) de la première solution aqueuse et le deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse de manière à minimiser une différence entre ledit au moins un paramètre utile définissant la composition de mélange (cml) et ledit au moins un paramètre utile définissant la composition finale cible (cfc). Procédé de préparation selon la revendications 1 ou 2, comprenant en outre une étape de mise à disposition (E51) d'au moins un élément d'addition choisi dans le groupe comprenant des sels (13) et des correcteurs de pH (15), la première étape de mélange (E8) comprenant en outre le fait de mélanger une masse (m) d'élément d'addition, ladite masse (m) d'élément d'addition étant déterminée en fonction de la première composition (cl) et de la deuxième composition (c2), et de la composition finale cible (cfc). Procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques (5) est une eau décarbonatée obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture (E30) d'un échangeur de cations (20) comprenant une résine cationique faible (21), ledit échangeur de cations (20) étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique faible (21) est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique faible (21) constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique faible (E32) dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle (3) circule dans l'échangeur de cations (20) comprenant la résine cationique faible (21) pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée ;
- une étape de dégazage (E34) dans laquelle une eau sortant de l'échangeur de cations (20) est dégazée, de manière à obtenir l'eau décarbonatée telle que TH5 <TAC5 + 2°f où TH5 et TAC5 sont respectivement le titre hydrotimétrique et le titre alcalimétrique de la solution décarbonatée exprimés en degré français. Procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques (5) est une eau permutée, obtenue selon les étapes suivantes :
- une étape de fourniture (E31) d'un échangeur de cations (20) comprenant une résine cationique forte (23), ledit échangeur de cations (20) étant configuré pour varier entre une configuration régénérée dans laquelle ladite résine cationique forte (23) est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ et une configuration chargée dans laquelle ladite résine cationique forte (23) constitue une réserve de cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ ;
- une étape de charge sur résine cationique forte (E33) dans laquelle une partie de la solution d'eau industrielle (3) circule dans l'échangeur de cations (20) comprenant la résine cationique forte (23) pour le faire varier de la configuration régénérée vers la configuration chargée, et de manière à obtenir l'eau permutée telle que TH5 <TAC5 où TH5 et TAC5 sont respectivement le titre hydrotimétrique et le titre alcalimétrique de la solution permutée exprimés en degré français. Procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 dans lequel la solution d'eau déminéralisée (7) est obtenue par une étape de déminéralisation (E41) dans laquelle une partie de la solution d'eau décarbonatée ou d'eau permutée est déminéralisée par un processus d'osmose inverse ou d'échange d'ions sur une résine de déminéralisation (25) de manière à obtenir la solution d'eau déminéralisée (7) de conductivité inférieure ou égale à 100 pS/cm. Procédé de préparation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ (9) est obtenue lors d'une étape d'élution (E43) dans laquelle un acide fort (11) est mis en circulation dans l'échangeur de cations (20), de sorte que des ions Mg2+ et Ca2+ captés par la résine cationique faible (21) ou par la résine cationique forte (23) soient dissouts, de manière à fabriquer la solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+(9) de conductivité supérieure ou égale à 20 pS/cm, telle que son titre hydrotimétrique THg est supérieure à 50 °f.
8. Procédé de préparation selon la revendication 7 dans lequel l'acide fort (11) est de l'acide sulfurique.
9. Procédé de préparation selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'étape d'élution (E43) est mise en oeuvre après l'étape de charge sur résine cationique faible (E32) ou après l'étape de charge sur résine cationique forte (E33).
10. Utilisation d'une eau de refroidissement (1) obtenue selon le procédé de préparation de l'une des revendications 1 à 9 pour refroidir un produit dans une étape de transformation métallurgique, telle qu'une coulée, ou une trempe, ou un laminage à chaud.
11. Procédé de coulée d'un produit, de préférence en alliage d'aluminium comprenant les étapes suivantes :
(a) on élabore un bain de métal liquide, de préférence en alliage d'aluminium comprenant, en % en poids, Cu : 0 - 6,0 ; Mg : 0- 8 ; Si 0-12 ; Zn 0 - 12 ; autres < 3 chacun et < 10 au total, reste aluminium,
(b) on coule ledit métal liquide par coulée semi-continue verticale de telle façon que, lors d'une phase de démarrage de coulée, on utilise une première eau de refroidissement (la) caractérisée par une première composition de mélange (cma) obtenue selon le procédé de préparation selon l'une des revendications 1 à 9.
12. Procédé de coulée selon la revendication 11 comprenant une phase de régime permanent de coulée (c) à l'issue de la phase de démarrage de coulée et tel que lors de la phase de régime permanent de coulée (c), on utilise une deuxième eau de refroidissement (lb) caractérisée par une deuxième composition (cfb), différente de la première eau de refroidissement (la), optionnellement cette deuxième eau de refroidissement (lb) est obtenue selon le procédé de préparation selon l'une des revendications 1 à 9.
13. Dispositif de coulée (100) comprenant un dispositif de préparation (50) d'une eau de refroidissement (1), ledit dispositif de préparation (50) comprenant :
- une unité d'analyse (60) configurée pour mesurer au moins un paramètre utile choisi dans le groupe comprenant : une concentration en calcium (THCa), une concentration en magnésium (THMg), un titre alcalimétrique complet (TAC), un titre alcalimétrique (TA), un titre hydrotimétrique (TH), et le pH, - une unité de calcul (30) configurée pour déterminer le premier volume (VI) de la première solution aqueuse et le deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse en fonction d'un paramètre utile définissant la première composition (cl), d'un paramètre utile définissant la deuxième composition (c2), et de sorte qu'un paramètre utile définissant la composition de mélange (cml) tende vers un paramètre utile définissant la composition finale cible (cfc)
- un échangeur de cations (20) comprenant un matériau actif, ledit échangeur de cations (20) étant configuré pour varier entre une configuration chargée dans laquelle des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+ sont liés au matériau actif, et une configuration régénérée dans laquelle le matériau actif est apte à capter des cations divalents de calcium Ca2+ ou de magnésium Mg2+, ledit échangeur de cations (20) comprenant des moyens permettant de le relier à l'unité de mélange (31), de préférence ledit échangeur de cations (20) comprend une résine cationique faible (21) ou une résine cationique forte (23)
- une unité de mélange (31) configurée pour recevoir une première solution aqueuse caractérisée par une première composition (cl) et une deuxième solution aqueuse distincte de la première solution aqueuse et caractérisée par une deuxième composition (c2), ladite première solution aqueuse et ladite deuxième solution aqueuse étant choisies dans le groupe composé :
- d'une solution d'eau industrielle (3),
- d'une solution d'eau traitée sur échangeur d'ions cationiques (5),
- d'une solution d'eau déminéralisée (7),
- d'une solution aqueuse contenant des ions Mg2+ et Ca2+ (9), ladite unité de mélange (31) étant en outre configurée pour mélanger un premier volume (VI) de ladite première solution aqueuse et un deuxième volume (V2) de ladite deuxième solution aqueuse, de manière à fabriquer un volume de mélange (Vml) d'une solution de mélange caractérisée par une composition de mélange (cml) et constituant tout ou partie de l'eau de refroidissement (1), lesdits premier volume (VI) de la première solution aqueuse et deuxième volume (V2) de la deuxième solution aqueuse étant déterminés en fonction de ladite première composition (cl) et de ladite deuxième composition (c2), et de sorte que la composition de mélange (cml) tende vers une composition finale cible (cfc) prédéterminée. Dispositif de coulée (100) selon la revendication 13, comprenant en outre un osmoseur inverse (27) ou un échangeur d'ions sur résine de déminéralisation (25), ledit osmoseur inverse (27) ou ledit échangeur d'ions sur résine de déminéralisation (25) comprenant des moyens permettant de le relier à l'unité de mélange (31) et à l'échangeur de cations (20). Dispositif de coulée (100) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel l'unité de mélange (31) comprend un système de contrôle de température (61) comprenant un capteur de température (63) configuré pour mesurer une température de mélange correspondant à la température de la solution de mélange, ledit système de contrôle de température (61) étant configuré pour maintenir la température de mélange entre 10°C et 35°C, de préférence entre 12°C et 30°C.
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