Электролитная обработка полосы

Липецкий государственный технический университет

Кафедра обработки металла давлением

ДОКЛАД

на тему

«ЭЛЕКТРОЛИТНАЯ ОБРАБОТКА ПОЛОСЫ»

Выполнил: студент Лепекин Н.В.

Группы ОД-01-1

Проверил: Пешкова

Липецк 2002

1. Возможности ЭО

2. Виды загрязнений поверхности и существующие способы очистки

3. Электролитная очистка поверхности металлов

4. Очистка поверхности металлов и сплавов от окислов

5. Результаты промышленных испытаний

6. Очистка поверхности сварочной проволоки в электролите

7. Нанесение покрытий при катодной обработке

8. Образование покрытий на поверхности активного анода

ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПРОКА ТНОГО, ВОЛОЧИЛЬНОГО И ТРУБНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

Многофункциональная электролитная обработка (ЭО) основана на протекании и комплексном воздействии на поверхность и саму заготовку электрохимических, диффузионных и термохимических процессов. ЭО производится, как правило, в водных растворах электролитов солей, слабощелочных и слабокислотных растворах с различными функциональными добавками и заключается в формировании электрических разрядов между анодом и катодом (обрабатываемая деталь) через слой электролита и газо-паровую подушху, окружающую заготовку, в условиях наложения на электроды повышенного напряжения постоянного тока (от 150 В). Состав рабочей среды, электрические, гидродинамические и тепловые режимы, конструкция узла ЭО определяют цель и технологическое назначение процесса. Ниже приводятся результаты промышленного применения и экспериментальных разработок возможностей процесса.

ОЧИСТКА ПОЛОСЫ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

чистоту поверхности полосы до 0,00-0,05 г/м² (в зависимости от степени очистки электролита);устраняет необходимость применения стандартных способов очистки - химического, механического, электролитического (до 40В) и одного узла промывки полосы;позволяет вести поверхностное легирование стали, в частности, для электротехнической- силицирование и обезуглероживание, а также возможность управлять доменной структурой металла;увеличить сцепление покрытий различного назначения с поверхностью полосы за счет увеличения ее площади и изменения геометрии микроразрядами;значительно повысить коррозионную стойкость полосы.

Размеры установки ЭО для электротехнической стали шириной 1000 мм. при скорости 2 м/сек - 2х2 х2 м. Результаты получены при производстве десятков тысяч тонн электротехнической стали на НЛМК и ММК. Новизна разработок подтверждена 6-ю изобретениями.

НАСЕЧКА ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

повышение износостойкости валков в 2-3 раза;

шероховатость - от 0,4 до 10 мкм;

изотропность выступов вдоль и поперек прокатки -0,8-1,0;

число выступовва базовой длине - регулируемое 50-250 шт/см;

устранение возникновения дефекта «навара» полосы на валок при обрыве в непрерывных станах;

повышение поверхностной твердости валка;

вдвое снизить свариваемость металла в рулонах при высокотемпературном отжиге в колпаковых печах за счет «развитой» поверхности полосы;

определять визуально дефекты валка, допущенные при изготовлении и при пере шлифовках;

стоимость установки электролитной насечки валков в 30-50 раза ниже зарубежных аналогов (лазерный, разрядный).

Разработки защищены нами патентами России, а также запатентованы Америкой, Англией, Германией. Прокатано на валках с электролитной насечкой 1000 тонн электротехнической стали и автолиста наНЛМК, ММК, Череповецком меткомбинате, Ашинском метзаводе и Запорожском

меткомбинате.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ТРУБ С ПОКРЫТИЕМ.

Сущность способа одной операции ЭО поверхности изделия в растворе определенного состава и заданных режимах.

Наиболее близким по технологии является способ изготовления газонефтепроводных труб (Н.В. Курганов «СТАЛЬ», № 10, 1999 г., с.55-58), включающий термическое обезжиривание, дробеметную обработку и кислотную очистку с последующим нагревом в печи, последовательным нанесением защитных слоев из эпоксидного праймера, адгезива я полиэтилена, охлаждение, проверку сплошности, отделку и контроль качества покрытия. Основной недостаток способа в том, что подготовка поверхности перед нанесением покрытия включает три сложные, продолжительные, самостоятельные технологические операции, направленные на улучшение качества соединения покрытия с металлом трубы. При этом коррозионная стойкость в большей степени определяется защитными покрытиями и качеством его нанесения.

Процесс ЭО позволяет совместить в одной операции все выше названное. Электротехническая сталь, очень склонная к коррозии, даже в течение дня, после года хранения в условиях «снег- дождь- тепло- дождь» осталась без следов коррозии. Валки прокатных станов после электролитной насечки не ржавеют в аналогичных условиях в сравнении с валками после дробеметной обработки.

Большие возможности процессаЭО представляются в технологии волочильного производства. Обработка высоколегированной проволоки на опытно- промышленной установке позволила совместить в одной технологической операции очистку поверхности, высокотемпературную обработку и нанесение защитно - смазочного подслоя из состава электролита при необходимости дальнейшего волочения. Размеры электролитного узла- 400 мм, скорость проволоки до 2 м/сек.

ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

1. Виды загрязнений поверхности и существующие способы очистки

Состояние поверхности металлов и сплавов оказывает большое влияние на эксплуатационные качества готовых изделий. Важную роль играет под готовка поверхности на промежуточных операциях, поскольку вносимые при их проведении загрязнения могут дать дефекты, исправление которых на дальнейших стадиях изготовления продукции весьма затруднительно.

Встречающиеся на поверхности стальных изделий загрязненияможно разбить на три основные группы:

1) твердые окисные и солевые образования (окалина, ржавчина, про­дукты травления и т. д.),

2) масляные, жировые и эмульсионные пленки, наносимые специально при прокатке и штамповке в качестве смазки,

3) твердые и жидкие загрязнения случайного характера (пыль, металли­ческие частицы и т. д.).

Загрязнения первой группы почти нерастворимы в воде, щелочных и органических растворителях, но хорошо растворяются в кислотах. Мине­ральные масла растворяются в органических растворителях (бензине, бен­золе, эфире и т. д.). В щелочной среде они диспергируются и образуют

эмульсии, отделяющиеся от поверхности металла: Животные и раститель­ные масла сравнительно легко омыляются щелочами, растворяются в орга­нических растворителях и образуют водорастворимые соединения с некото­рыми кислотами.

Продукты взаимодействия животных и растительных жиров с применя­емыми для очистки растворами также могут быть эмульгированы. Частьизних растворима в воде, часть реагирует со щелочами с образованием водорастворимых соединений.

Масла и жиры при нагреве в окислительной среде сгорают, а в восста­новительной и нейтральной - разлагаются, перегоняются и испаряются.

При определенных условиях на поверхности металла может остаться твердый остаток, удаление которого весьма затруднительно.

Загрязнения третьей группы обычно удаляются техническими способами (щетками, сильной струёй воды, действием ультразвуковых колебаний).

Существенную роль в процессах очистки играет состав стали и состояние ее поверхности. Содержащиеся в стали легирующие элементы и примеси сильно влияют на состав и структуру окисных пленок, образующихсянаповерхности.

Разнообразная природа загрязнений поверхности приводит к необходи­мости выполнять различные операции очистки в определенной последова­тельности. При этом за каждой химической операцией должна следовать соответствующая промывка поверхности. ^:

При химическом обезжиривании очищающая жидкость должна хорошо смачивать поверхность металла. Только в этом случае можно достичь такого контакта, при котором может произойти либо растворение загрязнения, либо его отрыв от поверхности. Это происходит в том случае, если коэффи­циент поверхностного натяжения (или поверхностная энергия) на границе металл - газ превышает сумму соответствующих аналогичных характери­стик на границах металл - жидкость и жидкость - газ. При большой величине поверхностной энергии границы металл - жидкость наблюдается явление полного несмачивания. Промежуточное состояние характеризуется определенной величиной краевого угла смачивания (угла между поверхно­стью металла и касательной к поверхности жидкость - газ в точке сопри­косновения трех сред).

Жидкое загрязнение удаляется с поверхности при помощи нерастворя­ющейся жидкости в том случае, если она способна образовывать на границе с металлом краевой угол, меньше краевого угла, образуемого жидким

загрязнением» При этом очищающая жидкость должна прника-пь через

тонкую пленку жидкого загрязнения непосредственно к поверхности металла.

Вытеснение пленки очищающей жидкостью почти всегда сопровожда­ется химическим взаимодействием их компонентов. Последнее играет ре­шающую роль при растворении загрязнений органическими растворителя­ми. Интенсификация этих процессов достигается применением поверхно­стно-активных веществ (ПАВ), которые помогают отделить частицы загряз­нения от поверхности металла с образованием эмульсии и удерживают в ней частицы, не давая им возможности повторно осесть. Для интенсификации процессов при химическом обезжиривании часто применяют ультразвук.

Электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах протекает быстрее, чем химическое. В качестве электролитов используются растворы тех же веществ (МаОН, КОН, МазР04, Nа2СОз, Ма2&Юз), что и при химическом обезжиривании. Механизм процесса электрохимического обез­жиривания сводится, в основном, к эмульгированию жиров пузырьками водорода (на катоде) или кислорода (на аноде).

При погружении загрязненного металла в щелочной раствор наблюдает­ся разрыв масляной пленки и собирание ее в капли. При поляризации металла прилипание масляной пленки к металлической поверхности умепь шается. Газовые пузырьки, отрываясь от электрода около капли масла, задерживаются на ней. По мере увеличения их размеров масляные капли вытягиваются, силы сцепления их с поверхностью металла уменьшаются, и они отрываются от поверхности.

При использовании постоянного тока на катоде выделяется в два рааа больше газа, чем на аноде. Поэтому катодное обезжиривание является болей эффективным. При одинаковом количестве выделяющегося газа более эффективным является обезжиривание выделяющимся кислородом.Это может быть объяснено частичным гидрированием смазки (взаимодействием с водородом) с образованием более вязких продуктов, которые труднее удаляются с поверхности.

Обычно применяемая плотность тока в стационарных ваннах не превы шает 0,03...0,1 А/см², при обезжиривании быстро перемещающихся полос и проволоки плотность тока увеличивают до 0,25...0,50 А/см .

Наиболее простым способом удаления с поверхности всех органических веществ является обезжиривающий отжиг. Для предотвращения образова­ния на поверхности слоя окислов его обычно проводят в защитной атмос­фере. Это усложняет конструкцию соответствующих агрегатов и повышает стоимость данной технологической операции. Поэтому его применяют в тех случаях, когда наряду с обезжириванием требуется термическая обработка. Полного испарения масел и жиров с поверхности обычно не происходит.

При нагреве в воздушной атмосфере это связывают с окислением ком­понентов смазочных материалов. При недостатке кислорода вместо полного сгорания смазки может происходить процесс сухой перегонки, сопровож­дающийся образованием твердого углеродистого остатка.

Удаление с поверхности окислов обычно проводят с использованием химического и электрохимического травления. При химическом травлении на поверхности протекают сложные физико-химические процессы: смачи­вание окалины растворами кислот, проникновение их в поры, сопровожда­ющееся началом химического взаимодействия. Этому моменту соответству­ет наибольшая скорость процесса. При насыщении раствора продуктами взаимодействия наблюдается спад скорости растворения окислов.

Применение электрохимического травления позволяет интенсифициро­вать процесс удаления окислов. В качестве электролитов используют рас­творы кислот, щелочей, солей, а также их смеси. Стальные изделия могут быть как катодом, так и анодом.

При катодном травлении в растворах кислот выделяется водород, кото­рый имеет большую восстановительную способность и может восстанавли­вать высшие окислы металлов до низших, растворимых в кислоте. Кроме того, выделение водорода способствует разрыхлению и отрыву окалины.

При анодном травлении удаление окислов сопровождается образованием пассивной пленки, препятствующей растворению основного металла.

Для очистки поверхности от окислов применяются и другие методы; в частности механические: обработка металлическими щетками, абразивами, дробеструйная и пескоструйная очистка.

2. Электролитная очистка поверхности металлов от масляных и жировых загрязнений

Специфика процессов около активного электрода обуславливает комп­лексное воздействие, которое может быть использовано для обезжиривания поверхности. При этом будет действовать электрохимический механизм удаления загрязнений, связанный с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Интенсивность этого процесса будет намного больше, поскольку величина плотности тока будет значительно превышать ту, кото­рая достигается при низких напряжениях. Вскипание электролита у катода способствует размягчению загрязнений и ослаблению их сцепления с по­верхностью металла. Кавитационные и электроэрозионные процессы вбли­зи обрабатываемой поверхности тоже ускоряют процесс обезжиривания.

химическим процессом - восстановлением высших окислов железа в ни­зшие атомарным водородом. Для этого было предложено использовать как постоянный, так и переменный ток напряжением не менее 100 В при плотности тока 5...10 А/см . Предполагалась струйная подача электролита на обрабатываемое изделие. Обезжиривание при аналогичных режимах предложено проводить в: напряжение 90...180 В, плотность тока 8... 10 А/см².

Проверка данного метода проведена для лент шириной 40 мм с использованием струйной (спреерной) подачи электролита (8...12%-ный раствор Nа2СОз) и шириной 250 мм методом опускания полосы в ванны с использованием частично погруженного в электролит ролика. Оптимальной в данных работах признана температура электролита 40...50С, а концентрация Ка2СОз - выше 7%. Рекомендуемое напряжение зависит от скорости движения полосы: 90...120 В при скорости 0,5 м/с и 140...190 В при скорости 2 м/с и более. Оптимальные режимы позволили добиться удаления 98% загрязнений.

Электролитная обработка способствовала повышению пластичности, выразившейся в снижении давления на валки при прокатке полос и умень­шении содержания в стали углерода и азота. Последнее объясняется воздей­ствием на цементит и карбонитриды железа, которые имеются в стали В виде включений. Замечено сглаживание микрорельефа поверхности, дости­гаемое за счет действия импульсных разрядов.

Было обнаружено проникновение смазки при прокатке на глубину 10...13 мкм в зависимости от степени деформации. На поверх ности углерод распределялся в виде крупных сегрегации площадью до 1 мм , Химическое обезжиривание, осуществляемое протиркой образцов бензином и ацетоном, не позволяло удалить загрязнения, проникшие по порам и трещинам в глубь металла. Последующая обработка в электролите при напряжениях 100...170 В позволила уменьшить площадь сегрегации в десят­ки раз и достичь количества остаточных загрязнений 0,14...0,23 мг/м².

Для обезжиривания полосы концентрацию кальцинированной соды сле­дует принимать не выше 7%, так как при более высокой концентрации затрудняется промывка полосы. Добавка до 2% фосфатов или до 0,6% поверхностно-активных веществ благоприятно влияет на процесс очистки и облегчает смыв с поверхности полосы остатков электролита. Добавка их в большем количестве приводит к усиленному пенообразованию и вторич­ному загрязнению поверхности при выходе из ванны.

Оптимальным признано рабочее напряжение 70... 120В, что обеспечивает качественную очистку (удаление 97...98% загрязнений) при исходной загряз­ненности полосы 1,081...1,176 г/м .

Следует отметить, что указанные в данной работе значения поверхност­ной мощности (1,5...3,5) • 10 кВт/м представляются завышенными, так как получены с учетом предположения, что основное падение напряжения (до 70...80%) происходит в прикатодном слое.

Следует отметить, что при напряжениях, соответствующих переходуотрежимаII к режимуIII, качество очистки ухудшается,что связано с нестабильностью процессов в этих условиях (рис. 3.1).

Позднее аналогичные исследования были проведены в Славянском филиале ВНИИМЕТМАШ.

В качестве электролита применяли водные растворы кальцинированной соды с концентрацией 8.-.12% или сульфата натрия (концентрация 15...20%) Применение некоторых нейтральных электролитов, в частности суль­фатов, хлоридов, нитратов позволяет интенсифицировать процессы очистки поверхности. Однако эксплуатация таких электролитов связана с дополнительными трудностями: элементы циркуляционной системы долж­ны быть выполнены из коррозионностойких материалов. Кроме того, в зоне обработки в этом случае наблюдается выделение токсичных газов, что предъявляет повышенные требования к вентиляции и технике безопасности.

Представляет интерес исследование зависимости удельных энергозатрат от плотности тока при очистке поверхности полосового проката. По результатам экспериментов, представленных на рис. 3.2, были сделаны следующие выводы:

1. Энергетическиезатраты на очистку минимальны при плотности тока 1 А/см².

2. Очистка толькопри анодной поляризации требует энергии на порядокбольше, чем прикатодной.

По технологическим возможностям было предложено выделить пятьзон,

Область А характеризуется высокой интенсивностью удаления загрязне­ния, в том числе и окислов, но энергозатраты при этом значительны.

Область Б-с поверхности проката удаляются смазка и сажистые загрязнения, при этом отпадает необходимость в щеточно-моечных машинах (ЩММ).

Область В характеризуется минимальными энергетическими затратами, применение ЩММ зависит от требований к качеству очистки.

В области Г обязательно применение ЩММ, энергетические затраты относительно невысокие.

Область Д не эффективна с точки зрения энергетических затрат.

Обработка при малых напряжениях и низких плотностях тока обычно применяется как финишная операция после проведения предварительной очистки другими способами.

При электролитной очистке поверхности загрязнения переходят в элей-тролит. В процессе эксплуатации электролит также загрязняется за счет постепенного растворения анода.

Результаты спектраль­ного анализа, проведенного в инфракрасной области, свидетельствовали о том, что в процессе электролитной очистки происходит разложение эфиров и карбоновых кислот, входящих в состав эмульсола. Дифференциальный термический анализ неорганических загрязнений показал наличие двух эндотермических эффектов при 110 "С и 400 "С, обусловленных потерей сорбционной и кристаллизационной воды, и большого экзотермического эффекта с максимумом при 275 "С. Такие эффекты характерны для гелеоб-разных окислов РегОз • пН20. Данные рентгенофазного анализа показали, что основными составляющими неорганических загрязнений являются Ре(ОН)з и у-РезОз • НзО. При спектральном анализе обнаружены примеси 81, Са и др. После прокаливания на воздухе при температуре 1000 "С в составе загрязнений были обнаружены 5102 (а-тридимит), окислы РеО, Ре20з, Рез04, 4Са • ЗРе20з • Рез04.

Таким образом, в состав загрязнений входят: технологические масла и продукты их превращения (эфиры, спирты, альдегиды и кетоны), гидраты окислов железа, кремния и кальция, соли веществ, входящих в состав электролита, а также частицы металла, являющиеся продуктами износи полосы и оборудования при прокатке.

3 Очистка поверхности металлов и сплавов от окислов

Возможность очистки поверхности от окислов предусматривалась • одной из первых работ по применению данного способа поверхностной обработки. Результаты экспериментальной проверки, проведенной в работе для полосового проката, показали, что обработку можно вести в растворах Nа2СОз, МаС1, К.2СОз с концентрацией 5...10% при напряжениях 160... 220 В.

Аналогичные исследования были проведены с использованием одномо­лярных растворов Ма2СОз, Маг504, NаС1, а также разбавленных кислот НС1 и Н2&04. Продолжительность удаления горячекатанной окали­ны с полос малоуглеродистой стали толщиной 2,5...10 мм составляла 20...45 с при использовании в качестве электролита раствора кальцинированной соды.

Применение солей активных кислот позволяло снизить время обработки на 40... 60%. Эксперименты, проведенные с использованием слабых раство­ров соляной и серной кислоты, позволили значительно сократить время обработки. Так, окисная пленка толщиной 0,2...0,35 мм, образующаяся ни поверхности автолистовой стали при холодной прокатке, удалялась в тече ние 0,2...0,25 с. Окисная пленка толщиной 1,5...2,0 мкм, образовавшаяся при отжиге на поверхности нержавеющей стали, удалялась в течение 0,3...0,5 с, а окалина толщиной 10...18 мкм была удалена с поверхности толстых полос за 1,0...5,0 с.

Необходимо отметить, что катодная очистка поверхности от окислов по существу является электроэрозионной обработкой. Она может происходить только при возникновении импульсных электрических разрядов. Как отмечалось ранее, характер импульсных разрядов в режимах III и IV приблизительно одинаков. Отличие лишь в том, что в переходном режиме периодически осуществля­ется контакт электролит - металлический катод, что приводит к охлажде­нию последнего и не позволяет образовываться на поверхности стабильному парогазовому слою.

При обработке изделий, движущихся с достаточно большой скоростью, поверхность металла не сможет нагреться до значительной температуры даже при выходе на режим IV.

В качестве электролита использовался 10%-ный водный раствор сернокислого натрия при температуре 50...70°С. Опыты проводи­лись при напряжении до 150 В. Оптимальным признано применение катодной поляризации, обеспечивающее надлежащее качество очистки за время обработки, равное 3 с.

Для интенсификации процесса очистки к раствору соды (9,5...11%) было предложено добавлять 1,3...1,5% фтористого натрия. Очистку прово­дили при напряжении свыше 170...180 В и плотности тока 0,9...1,1 А/см².

Обра­ботка, названная авторами электроразрядной, проводилась при напряжении 170...180 В и плотности тока 0,95...1,0 А/см² в электролите, содержащем 12...15% соды. Было найдено, что после 30 с обработки наблюдалось значительное изменение рельефа поверхности, характеризующееся сильной разрыхленностыо окисного слоя, вырывами, обнажающими участки метал­лической основы. При дальнейшей обработке (60 с) окалина сохранялась в-ввде отдельных островков. Увеличение времени обработки до 90 с и выше приводит к микрооплавлению основного металла. При этом возможно повторное окисление очищаемой поверхности.

Применение предварительного знакопеременного изгиба позволяло со­кратить время очистки с 60...90 до 20...25 с. Скорость очистки может быть увеличена при последующем использовании приводных металлических ще-ТОк(131).

Для очистки поверхности стальной проволоки и лент было предложено применить 10.. .15%-ный раствор сульфата аммония. Процесс рекомен­довано проводить при напряжении 100...150 В и плотности тока 2,5...3,4 А/см².

Возможна также очистка фасонных поверхностей с применением специ­альных устройств для подачи электролита.

Весьма недостаточно исследована возможность применения анодного процесса для очистки поверхности. Возможно, это связано со вторичным ее окислением в результате выделения кислорода. Между тем, имеющиеся данные указывают, что при анодном процессе происходит активное растворение некоторых металлов. К ним относятся вольфрам, молибден, алюминий, титан. Хуже растворяются хром и некоторые стали. В ряде случаев максимальный эффект наблюдался в сравнительно узком интервал напряжений, где выход по току, определяемый условно по закону Фарадея,

превышал 100%. Авторы связывают это с протеканием интенсивных химических и электрохимических реакций в парогазовой оболочке в присутствии электрических разрядов, а также их непосредственным воздействием на поверхность анода, особенно в электрогидродинамическом режиме. Воз­можна эрозия поверхности и в режиме нагрева.

Таким образом, анодная обработка совмещает в себе электроэрозионное, кавитапионное и электрохимическое воздействия, и для некоторых металлов и сплавов ее применение может дать положительный эффект. По своему действию она является электроэрозионноэлектрохимической, которая на­ходит широкое применение в машиностроении как один из видов размерной обработки.

4. Результаты промышленных испытаний и внедрение способа электролитной очистки поверхности

Очистка поверхности металлов и сплавов в электролите при повышенных напряжениях, получившая ряд названий (электролитная, электролитно-кя-витационная, термоэлектроразрядная) прошла опытно-промышленные ис­пытания.

Наиболее приемлемым сортаментом для ее использования являются проволока и прутки, имеющие круглое сечение. При их обработке отсутствует необходимость принятия специальных мер для защиты кромок, что иногда имеет место при обработке полос, особенно тонких. Кроме того, для них легче создать одно из необходимых условий для электролитной обработки: площадь вспомогательного электрода должна быть больше пло щади активного электрода (обрабатываемого участка поверхности).

Очистка поверхности сварочной проволоки диаметром до 8 мм проводилась на специализированной установке при напряжении 150...200 В и силе тока 100... 150 А. Максимальная скорость проволоки, обеспечивающая ее качественную очистку, достигала 50 м/мин, используемый электролит - раствор кальцинированной соды концентрацией 10...15%. В данной уста­новке использовали катодный процесс. После обработки на поверхности образовывалась защитная пленка, содержащая натрий, что улучшало усло­вия горения дуги при последующем использовании проволоки.

Аналогичные параметры использованы в установке, предназначенной для очистки проволоки от ржавчины и графито-мылъной смазки. Габариты установки были 2200 х 1700 х 1900 мм, применяемое напряжение 180 ± 20В, сила тока до 400 А, плотность тока 4,9...5,2 А/см². В качестве электролита использовали водный раствор соды концентрацией 5 ± 1%.

На одной из промышленных установок осуществлялось травление про­волоки диаметром 1...3 мм при напряжении до 130 В и плотности тока до 15 А/см² при скоростях 2,5...9,5 м/мин.Обработка полос малой ширины(от 40 до 350 мм) проводилась с использованием узлов разной конструкции, в том числе с горизонтальным и вертикальным перемещением изделий.

Была выполнена опытно-промышленная проверка электролитной очи-, стки поверхности рулонной электротехнической стали промышленной ши­рины (до 800 мм). Обработку проводили в двух режимах: разрядном (при напряжении 200...240 В и силе тока в каждой из двух ванн 300...500 А), и в режиме активного электролиза (при напряжении 80... 100 В и силе тока 600...1000А).

Первый режим наиболее эффективен для очистки поверхности металла, прокатанного с использованием эмульсола. В то же время очистка поверх­ности с остатками индустриального масла в данном режиме нецелесообраз­на. Под воздействием электрических разрядов в этом случае происходило частичное выгорание летучих фракций с образованием твердых частиц, которые в дальнейшем коагулировали и служили источником вторичного загрязнения поверхности.

Одновременно с отработкой технологии была проведена оценка возмож­ности применения в качестве источников питания тиристорных преобразо­вателей АТ-1000/230-1 с номинальным выпрямленным напряжением 230 В и номинальным током 1000 А.

Необходимость проведения данной работы была вызвана тем, что в промышленных установках электролитной обработки, в том числе и нагрева, не было необходимости в использовании столь больших значений силы тока. Выбранные агрегаты являются регули­руемыми преобразователями трехфазного переменного тока и предназнача­ются для питания якорных цепей электродвигателей постоянного тока.Ихприменение в электролитной очистке широкополосного проката было про­ведено впервые и требовало исследования возможности использованияихдля этих целей.

Определенные сложности возникли при переходе от электролизного режима к разрядному, ибо в переходном режиме наблюдались броски тока, иногда срабатывала токовая защита.

Одним из вариантов вывода процесса на разрядный режим без перегру­зок по току является постепенное увеличение площади контакта электро­лита и полосы при полном напряжении на спреере. Постепенное увеличение уровня электролита приводит к локальному контакту электролита с полосой и возникновению разрядов на небольшой площади касания, при этом переходные процессы на малой площади не создают больших токов, пре­дельных для преобразователей. Дальнейшее увеличение площади касания полосы с электролитом уже не ведет к срыву разрядов и переходу процесса в электролизный режим с большими токами.

С декабря 1985 г. на Ашинском металлургическом заводе впервые в стране внедрен и успешно эксплуатируется промышленный агрегат элект­ролитной обработки полос, на котором была реализована рассматриваемая технология. На этом агрегате используется универсальная конструкция, обеспечивающая возможность двухсторонней очистки полос толщиной от нескольких десятков до нескольких сот микрон. Данная схема может быть применена и для обработки более толстых полос. Применение специальной конструкции позволило обеспечить равномерное распределение потока электролита, а также плотности тока по ширине полосы, что дает возможность проводить качественную очистку обеих поверхностей и избежать локального перегрева отдельных участков, в том числе и кромок,

Оптимальные параметры и расположение рабочего электрода по отно­шению к полосе дали возможность снизить падение напряжения в электро лите и увеличить выделение энергии в парогазовом слое около обрабатыва­емой поверхности. По результатам испытаний рекомендованы оптимальные режимы обработки, обеспечивающие количество остаточных загрязнений менее 20 мг/м , при этом время очистки сокращено до 0,1 с.

Электробезопасность работы агрегата обеспечивается конструкцией ус­тановки, заземлением полосы, системами ограждений и блокировок, уста­новленных на агрегате.

На заводе фирмы "Ниппон кокан" одна из установок электролитической очистки переоборудована для работы в режиме высокой плотности тока (не менее 1 А/см ), при этом длительность очистки не превышает 0,1 с. Сведения о других технологических параметрах, напряжении, составе и температуре электролита, а также о применяемой конструкции, отсутствуют. В то же время приведенные выше данные весьма сходны с теми, которые применяются при электролитной очистке.

В целом можно отметить, что наиболее технологически отработанной и подготовленной к внедрению следует считать очистку поверхности полосы от технологических смазок, механических частиц и других загрязнений после холодной прокатки. Малая продолжительность обработки (0,1...0,2 с) дает возможность проводить качественную подготовку поверхности в узлах малой протяженности. Это позволяет вводить узлы очистки в состав дейст­вующих агрегатов при их реконструкции и увеличить их производительность в том случае, если лимитирующим параметром является скорость подготов­ки поверхности.

Как правило, агрегаты непрерывной обработки, на которые рулоны полосы поступают после холодной прокатки, имеют комплекс устройств, где осуществляется многоступенчатая очистка поверхности (химическое обезжиривание, щеточно-моечная обработка, низковольтная электрохими­ческая или ультразвуковая очистка). Узел электролитного обезжиривания

может быть установлен вместо любой ванны, где выполняются вышеуказан­ные операции, а освободившиеся площади можно использовать для уста­новки дополнительного технологического оборудования, обеспечивающего повышение скорости последующей обработки.

Применение электролитной очистки поверхности полос после холодной прокатки может сократить количество углерода, перешедшего из прокатной смазки, оставшейся на по поверхности, в металл в процессе отжига.

Для электролитного обезжиривания применяются технологические рас­творы примерно такого же состава, как при химической и низковольтной электрохимической очистке (водные растворы кальцинированной соды с добавками тринатрийфосфата, а также слабые растворы щелочей).Это позволяет использовать существующие системы циркуляции при предвари­тельном охлаждении электролита, который будет нагреваться при обработке. Обезжиривание проверено при скоростях перемещения полос до 120 м/мин, возможна обработка при больших скоростях.

Электролитная очистка поверхности металлов и сплавов от окислов испытана и может быть рекомендована к внедрению на агрегатах, где проводится обработка полос малой ширины, прутков, проволоки и т. д. Рекомендуемые скорости перемещения до 20...30 м/мин. В настоящее время технология не разработана настолько, чтобы ее можно было рекомендовать для использования в агрегатах, предназначенных для травления широких полос, перемещающихся с большими скоростями.

5. Очистка поверхности сварочной проволоки в электролите

Особенности очистки сварочной (и любой другой) проволоки, связанные с протягиванием ее через рабочий узел, накладывают определенный отпе­чаток на ведение технологического процесса и конструкцию установки.

Сразу отметим, что варианты ванной обработки значительно уступают камерным (и даже спреерным) по эффективности и производительности. Это объясняется невозможностью обеспечения хорошей сменности элект­ролита в прикатодной зоне и, как следствие, невозможностью поддержания прикатодной области в наиболее оптимальном состоянии. В отличие от химического травления об очистке ванным способом всей бухты проволоки одновременно (например, полным или частичным погружением) не может быть и речи из-за невозможности течения процесса в межвитковом про­странстве и проблем, возникающих с ее хранением в неперемотанном виде.

Вышеизложенные соображения, существующий опыт и наши предвари­тельные исследования привели к созданию промышленной установки "ЭП-10" , устройство которой показано на рис. 3.3.

Установка представляет собой раму, на которой смонтированы разматы­вающее, направляющее и приемное устройства, бак с электролитом и

насосом для его подачи, рабочая камера. Отдельно расположен специали­зированный источник питания с блоком управления и контрольными приборами. Механическая часть оборудования выполнена на базе известных опробованных инженерных решений, которые в каждом конкретном случае, согласно требованиям заказчика, могут быть различными.

Рабочий узел установки (рис. 3.4а) представляет собой цилиндрическую конструкцию, состоящую из двух электрически не связанных друг с другом элементов: рабочей камеры 1 и "холодильника" 2. Положительный полюс источника питания подается только на первую камеру. Для удобства заправ­ки проволоки в верхней части камер вблизи перегородки 3 и крышки 5 вырезаны прямоугольные окна, которые закрываются крышками или пово­ротными кольцами.

При работе установки электролит последовательно протекает через ра­бочую камеру и холодильник. Соотношение линейных размеров камер» , сечений патрубков и некоторых других элементов рассчитано и подобрано таким образом, чтобы электрический потенциал, попадающий во в