Электролитная очистка поверхности металлов от масляных и жировых загрязнений

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...50 С, 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... 120 В, 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 переходу от режима II к режиму III, 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. Энергетические затраты на очистку минимальны при плотности тока 1 А/см².

2. Очистка только при анодной поляризации требует энергии на порядок больше, чем при катодной.

По технологическим возможностям было предложено выделить пять зон,

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.