Способ и устройство для электролитического травления металлических лент

 

Изобретение относится к электролитическому травлению металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, причем электрический ток пропускают через ленту косвенно без электропроводящего контакта между лентой и электродами. Изобретение характеризуются тем, что лента движется вертикально и между электродами и лентой предусмотрен вертикальный зазор, в который подают электролитическую жидкость, при этом пара анод - катод расположена у ленты и соединена через выпрямитель. Изобретение позволит снизить площадь установки, повысить ее производительность. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для электролитического травления металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, причем электрический ток пропускают через ленту косвенно, т.е. без электропроводящего контакта между лентой и электродами.

При травлении холоднокатаных лент из специальной стали обычно применяют так называемый "способ нейтрального электролита". Напряжение при этом прикладывают к ленте косвенно. Это значит, что между возможными токонаправляющими роликами и лентой отсутствуют места касания. Другой признак этого способа состоит в том, что аноды и катоды полностью покрыты электролитом и расположены горизонтально, т.е. речь идет о горизонтально омываемых ячейках. Из патента Австрии 373922 известен способ электролитической гальванизации ленты. Здесь речь идет о вертикальном расположении электродов. Электролитическую жидкость направляют в зазор между анодами и лентой. Напряжение прикладывают непосредственно к ленте, а катоды выполнены в виде токонаправляющих роликов.

Кроме того, из патента США 4363709 известно травление ленты из специальной стали током повышенной плотности. Упоминаются значения плотности тока 40-60 А/дм², однако без детального описания аппаратуры, с помощью которой эти значения можно реализовать на большой технической установке в разумном диапазоне напряжений (менее 40 В).

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании эффективного способа, при котором благодаря переоснащению имеющихся установок устраняются недостатки известных способов, а также становится возможным повышение производительности.

Техническим результатом является повышение производительности благодаря тому, что в способе электролитического травления металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, при котором электрический ток пропускают через ленту косвенно, т.е. без электропроводящего контакта между лентой и электродами, причем ленту направляют вертикально, а электролитическую жидкость подают между лентой и электродами, согласно изобретению пара анод-катод расположена у ленты и соединена через выпрямитель.

Предпочтительно, чтобы расстояние между анодами и катодами можно изменять в зависимости от размера ленты. При этом при различных размерах ленты и при самом низком напряжении достигается максимальный выход по току. Если анод и катод расположены слишком близко друг к другу, то происходит непосредственное протекание тока. С другой стороны, по мере увеличения расстояния между ними возрастает падение напряжения в ленте. Конечно это падение напряжения связано с сечением ленты. Поэтому для каждого размера ленты имеется оптимальное расстояние.

Оптимальное выполнение изобретения отличается тем, что количество подаваемого электролита в зазоре между электродами и лентой регулируют. За счет этого ленту можно гидравлически точно стабилизировать посередине между электродами. Таким образом, расстояние между электродами и лентой можно уменьшить до минимума.

Предпочтительный вариант изобретения отличается тем, что температуру, концентрацию электролита и плотность заряда (в кулонах на единицу площади) устанавливают точно по подвергаемой травлению ленте. За счет этого режим травления можно оптимально установить на любой размер ленты, скорость установки, время обработки, вид окалины и т.д.

Предпочтительное выполнение изобретения отличается тем, что зазор между электродами и лентой изменяют. Таким образом, расстояние можно легко привести в соответствие с волнистостью ленты.

Оптимальное усовершенствование изобретения отличается тем, что определяют волнистость ленты и электроды удаляют от ленты, что исключает касание между лентой и электродами. За счет этого между лентой и электродами можно избежать касаний, которые могут привести к коротким замыканиям.

Изобретение относится также к устройству для электролитического травления металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, причем электрический ток пропускают через ленту косвенно, т.е. без электропроводящего контакта между лентой и электродами. Лента движется вертикально и между электродами и лентой предусмотрен вертикальный зазор, в который подают электролитическую жидкость. Пара анод-катод расположена у ленты и соединена через выпрямитель.

Оптимальное усовершенствование изобретения отличается тем, что аноды и катоды расположены со взаимным смещением в направлении движения ленты, т.е. лента движется каждый раз между двумя противоположными анодами и двумя противоположными катодами. Это обеспечивает также на краю ленты равномерное протекание тока и тем самым равномерное травильное действие.

Предпочтительное выполнение изобретения отличается тем, что поверхности анодов или полностью аноды изготовлены предпочтительно из свинца, или его сплавов, или из оксида иридия, или из графита. Материал, из которого изготовлены аноды, обеспечивает химическую пассивацию относительно анодного воздействия анионов электролита. Преимущественно применяют свинец с ионами сульфатов (SО₄ ^2-) и оксид иридия с ионами сульфатов и/или хлоридов (С1^-). Кроме того, может применяться также графит с различными анионами или их смесями.

Предпочтительный вариант изобретения отличается тем, что предусмотрено устройство регулирования количества подаваемого электролита, причем на каждый канал для жидкости между лентой и электродом может быть предусмотрено отдельное регулирующее устройство. За счет этого можно привести поток в соответствие с шириной ленты и оптимально установить его также для лент разной ширины. За счет возникающего гидравлического ведения ленты можно отрегулировать ее положение точно между электродами. Обычные установки требуют обычно два выпрямителя на ячейку - один для нижней стороны ленты и один для ее верхней стороны. У ячейки согласно изобретению один выпрямитель может быть установлен для одной или также для нескольких ячеек. За счет гидравлического ведения ленты, обеспечиваемого регулированием количества подаваемого электролита, можно, например, верхнюю сторону ленты, если она сильнее покрыта окалиной, прижать ближе к электродам и тем самым подвергнуть более интенсивному травлению.

Оптимальное выполнение изобретения отличается тем, что предусмотрено устройство для установки или регулирования расстояния между анодами и катодами. Регулируемое расстояние между анодом и катодом позволяет привести в соответствие протекание тока и как следствие снизить расходы на электроэнергию.

Предпочтительное усовершенствование изобретения отличается тем, что предусмотрено устройство для установки зазора между лентой и электродом. Таким образом, можно легко привести расстояние в соответствие с волнистостью ленты.

Оптимальный вариант изобретения отличается тем, что предусмотрено устройство для определения волнистости ленты, связанное с устройством для установки расстояния между электродами. За счет этого между лентой и электродами можно избежать касаний, которые могут привести к коротким замыканиям.

Пример выполнения Для испытания способа была сконструирована опытная установка, состоящая из размотчика и намотчика, обеспечивающих пропускание ленты через обрабатывающее устройство со скоростью до 60 м/мин. Обрабатывающее устройство состоит из ванны для химического обезжиривания с тем, чтобы можно было очистить промасленную ленту, и электролитической ячейки. Последняя соединена с 4 выпрямителями. Каждый из них имеет мощность макс. 3000 А/32 В. Расположение электродов было выбрано так, что с одним выпрямителем соответственно соединена только одна пара анод - катод. Расстояние между электродами регулировали вручную.

На этой установке обрабатывали бунт отожженной ленты из специальной стали.

Материал: A1S1 304 Толщина: 0,5 мм Ширина: 320 мм Масса бунта: 1000 кг.

При постоянной скорости установки около 50 м/мин повышали ток выпрямителей. При подаче тока 6000 А (4•1500 А) лента была полностью свободна от окалины. При подаче тока 8000 А поверхность ленты приобрела повышенный глянец. При этом при плотности тока около 200 А/дм² в ячейке не было проблем с перегревом электролита, слишком высоким локальным нагревом ленты или неудовлетворительным газоотводом. Оценка результатов опытов состояла также в определении равномерности подачи тока. Это было сделано посредством измерений глянца и цвета. Было установлено, что колебания были не больше, чем у исходного материала. Даже с особенно покрытых окалиной краев ленты окалина была полностью удалена.

Изобретение поясняется в качестве примера с помощью чертежей, причем на фиг. 1 изображена схема обычной травильной установки с нейтральным электролитом, на фиг.2 - установка для осуществления способа согласно изобретению, на фиг.3 - ячейка согласно изобретению.

На фиг. 1 изображен травильный резервуар 1 согласно уровню техники. Металлическую ленту 2 пропускают через электролит 3, например Na₂SО₄, между катодами 4 и анодами 5. Расстояние между электродами и лентой составляет обычно 70-150 мм, причем лента 2 имеет определенный провис, который может быть уменьшен посредством опорных валиков, например, посередине установки. Электролит 3 подают насосом 7 по трубопроводу 6 в травильный резервуар 1 и отводят по трубопроводу 8, например, в промежуточный резервуар 9, откуда электролит 3 снова подвергают рециркуляции.

На фиг.2 изображена установка с размотчиком 11 и намотчиком 18, обеспечивающими пропускание ленты через обрабатывающее устройство со скоростью до 60 м/мин. Обрабатывающее устройство состоит из ванны 12 для химического обезжиривания с тем, чтобы можно было очистить промасленную ленту, и электролитической ячейки 13. Последняя соединена с четырьмя выпрямителями. Каждый из них имеет мощность макс. 3000 А/32 В. Расположение электродов 15, 16 было выбрано так, что с одним выпрямителем соответственно соединена только одна пара анод 15 - катод 16. Лента огибает здесь валики 14, 14'.

На фиг. 3 изображена электролитическая ячейка согласно изобретению. Металлическую ленту 2, например, из специальной стали направляют в зазор между электродами 15, 16. Каждая пара анодов 15 и катодов 16 соединена с одним выпрямителем 19. Электроды, например катод 16, может перемещаться а направлении 20 так, что расстояние между анодом 15 и катодом 16 можно регулировать. Это обеспечивает оптимальное использование тока. Подача электролита также осуществляется посредством насоса 7 по трубопроводу 6, причем предусмотрены трубопроводы 21, которые подают электролит 3 в зазоры 24, между электродами 15, 16 и лентой 2. Подачу электролита можно привести в соответствие с требуемым режимом посредством регулирующих органов 22, 22', 22'', 22'''. После прохождения между электродами электролит 3 собирают в нижней части 23 электролитической ячейки 13 и снова подают к насосу 7.

Новая ячейка имеет более высокую производительность, чем обычные. При разной электрической мощности можно за счет меньшего падения напряжения пропускать через ленту больше тока. В то же время, однако, новая ячейка сконструирована с точки зрения механики жидкостей так, что достигаются очень высокие коэффициенты массообмена и теплопередачи. Это обеспечивается за счет высокой турбулентности, обусловленной малым зазором между электродами и лентой, а также движением ленты, т.е. растворенные металлы и тепло очень эффективно удаляются из зоны реакции. Существенное преимущество ячейки согласно изобретению по сравнению с омываемой ячейкой согласно уровню техники (см. фиг.1) заключается в лучшем ведении ленты и более высоком массо- и теплообмене, что обеспечивает более высокую мощность травления. Обычные ячейки имеют мощность выпрямителей 11000 А (2•5500). В зависимости от расстояния между электродами и лентой (50-150 мм) падение напряжения составляет 25-40 В. Ячейка согласно изобретению может передавать на ленту 50000 А примерно при 17 В.

Изобретение не ограничено изображенными примерами выполнения. Напротив, аналогичным образом для усиления химической обработки могут быть использованы все известные варианты схемы и расположения электродов, например соответствующая поляризация или более короткие аноды и более длинные катоды.

Формула изобретения

1. Способ электролитического травления металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, при котором электрический ток пропускают через ленту косвенно без электропроводящего контакта между лентой и электродами, причем ленту направляют вертикально, а электролитическую жидкость подают между лентой и электродами, отличающийся тем, что подачу тока осуществляют посредством соответственно пары анод - катод, расположенной у ленты и соединенной через выпрямитель.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между анодами и катодами изменяют в зависимости от размера ленты.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что регулируют количество подаваемой электролитической жидкости в зазоре между электродами и лентой.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что температуру устанавливают точно по подвергаемой травлению ленте.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что температура электролита составляет 20-85^oС, преимущественно менее 70^oC.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что концентрацию электролита устанавливают точно по подвергаемой травлению ленте.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что концентрация Na₂SO₄ в электролите составляет 100-350 г/л, преимущественно около 150 г/л.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что плотность заряда в кулонах на единицу площади устанавливают точно по подвергаемой травлению ленте.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что значения плотности тока составляет 20-250 А/дм², например около 130 А/дм² у свинцовых анодов и около 180 А/дм² у иридиевых анодов.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что зазор между электродами и лентой изменяют.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что определяют волнистость ленты и электроды удаляют от ленты, что исключает касание между лентой и электродом.

12. Устройство для электролитического травления металлических лент, в частности лент из специальной стали, титана, алюминия или никеля, причем электрический ток пропускают через ленту косвенно без электропроводящего контакта между лентой и электродами, причем лента движется вертикально и между электродами и лентой предусмотрен вертикальный зазор, в который подают электролитическую жидкость, отличающееся тем, что соответственно пара анод - катод расположена у ленты и соединена через один выпрямитель.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что аноды и катоды расположены с взаимным смещением.

14. Устройство по п. 12 или 13, отличающееся тем, что поверхности анодов или полностью аноды изготовлены предпочтительно из свинца, или его сплавов, или из оксида иридия, или из графита.

15. Устройство по любому из пп. 12-14, отличающееся тем, что предусмотрено устройство регулирования количества подаваемого электролита.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что на каждый канал для жидкости между лентой и электродом предусмотрено отдельное регулирующее устройство.

17. Устройство по любому из пп. 12-16, отличающееся тем, что предусмотрено устройство для установки или регулирования расстояния между анодами и катодами.

18. Устройство по любому из пп. 12-17, отличающееся тем, что предусмотрено устройство для установки зазора между лентой и электродом.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что предусмотрено устройство для определения волнистости ленты, связанное с устройством для установки расстояния между электродами.

20. Устройство по любому из пп. 12-19, отличающееся тем, что расстояние между электродами и лентой составляет 5-15 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3