Патент на изобретение №2276203

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к области обработки проволоки и изготовления изделий из нее, а также к способам очистки поверхности стальной проволоки, например, перед нанесением металлических покрытий. Способ включает нагрев проволоки в расплаве и ее охлаждение, при этом операцию охлаждения проволоки проводят в щелочном растворе при температуре проволоки на входе в щелочной раствор выше температуры кипения этого раствора. Технический результат: расширение технических возможностей, удешевление очистки поверхности проволоки, улучшение условий труда при удалении с поверхности стальной проволоки загрязнений в виде остатков волочильной смазки и окислов железа. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к области обработки проволоки и изготовления изделий из нее, а точнее к способам очистки поверхности стальной проволоки, например, перед нанесением металлических покрытий.

Известны способы очистки поверхности проволоки, например, перед нанесением металлических покрытий, использующие методы обезжиривания и травления в растворах. Для повышения скорости процесса широко используются электрохимические методы [1]. Катодное восстановление водорода и (или) анодное растворение металла, а также выделение кислорода способствуют механическому отрыву загрязнений с поверхности заготовки.

Недостатки технологии – наводораживание проволоки, повышенные потери металла вследствие электрохимического растворения и дополнительного расхода электроэнергии на проведение процесса. Катодное травление в кислоте сопровождается захватом ее мелких капель выделяющимся водородом и, как следствие, загрязнением воздуха.

В качестве прототипа выбран способ очистки поверхности, включающий обезжиривание в расплаве свинца или щелочи с последующим охлаждением и промывкой в водной ванне [2].

Недостатки прототипа в том, что расплав свинца с точки зрения обезжиривания неэффективен, поэтому исходную заготовку протягивают мокрым волочением. Это ограничивает технические возможности, так как мокрое волочение приемлемо только для проволоки больших диаметров. В варианте расплава щелочи – низкая экономичность очистки вследствие выноса и испарения расплава с ухудшением условий труда.

После нагрева стальная поверхность легко окисляется, что усложняет дальнейшую подготовку проволоки к нанесению покрытия.

Задача, решаемая изобретением, состоит в расширении технических возможностей и удешевление очистки поверхности проволоки, улучшении условий труда.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в удалении с поверхности стальной проволоки загрязнений в виде остатков волочильной смазки и окислов железа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ очистки поверхности стальной проволоки, включает ее нагрев в расплаве и охлаждение, причем операцию охлаждения проволоки производят в щелочном растворе при температуре проволоки на входе в щелочной раствор выше температуры кипения этого раствора.

Нагрев проволоки осуществляется в ванне с расплавом свинца, и/или щелочи, и/или солей. Температуру расплава поддерживают в интервале 300-650°С. Концентрация щелочи в растворе для охлаждения и очистки проволоки составляет от 30 до 600 г/дм³ при температуре раствора 20-90°С.

Скорость движения проволоки при обработке составляет от 30 до 500 м/мин. Проволоку после щелочного раствора могут подвергать промывке и травлению. Травление проводят химическим способом в кислой среде или электрохимическим способом в кислом или нейтральном растворе.

Отличие заявленного решения от прототипа в том, что нагрев проволоки осуществляют в ванне с расплавом свинца, и/или щелочи, и/или солей.

Температура расплава составляет 300-650°С. Концентрация щелочи в растворе для охлаждения и очистки проволоки составляет от 30 до 600 г/дм³. Температура щелочного раствора 20-90°С.

Скорость движения проволоки от 30 до 500 м/мин. Проволоку после щелочного раствора могут подвергать промывке и травлению химическим способом в кислой среде или электрохимическим способом в кислом или нейтральном растворе.

При обработке горячей стальной проволоки в щелочном растворе с ее с поверхности кроме остатков волочильной смазки удаляются и окислы железа.

Закись железа растворима в горячем щелочном растворе, однако окислы, содержащие трехвалентное железо, реагируют лишь при высокой температуре, например, в момент погружения горячей проволоки в щелочной раствор.

Процесс щелочной очистки сопровождается накоплением в рабочем растворе гидроксидов железа. Как следует из уравнения реакции, щелочь в процессе очистки участвует в образовании лишь промежуточных продуктов реакции, и расходуется только на вынос в промывки.

Сравнение с технологией, предусматривающей охлаждение проволоки водой после нагрева, проводилось при подготовке поверхности к нанесению бронзового покрытия. Последовательность технологических операций:

1) Расплав свинца или щелочи или солей Т=440°С;

2) Раствор щелочной очистки (концентрация NaOH=160 г/дм³, T=60°C) температура проволоки на входе в раствор составляет около 400°С при температуре кипения раствора около 170°С, расстояние от свинцовой ванны 3 м, в контрольном варианте – вместо щелочного раствора – промывка водой

3) Промывка водой

4) Химическое сернокислое травление (длина ванны 1,4 м, концентрация Н₂SO₄=350 г/дм³, Т=40°С);

5) Промывка водой PW;

6) Бронзирование (химическое осаждение покрытия);

Для сравнения щелочная очистка с предварительным охлаждением проволоки водой после ванны с расплавом. Скорость проволоки 120 м/мин. Внешний вид бронзового покрытия, получаемого химическим осаждением меди и олова из раствора солей, зависит от качества предварительной очистки поверхности заготовки.

Сравнение эффективности очистки проволоки при разной последовательности технологических операций приведено в таблице 1.

Следовательно, эффективность щелочной очистки существенно возрастает при высокой температуре входящей в ванну проволоки. Замена раствора щелочной очистки охлаждением проволоки водой ухудшает качество очистки проволоки.

Скорость очистки поверхности горячей проволоки максимальна на ее входе в щелочной раствор, и быстро снижается в процессе охлаждения. Так как эффективность зависит, главным образом, от температуры ее поверхности на входе в раствор и, в меньшей степени от продолжительности обработки (длины погружения), предлагаемый способ позволяет изменять скорость проволоки в широких пределах без ухудшения качества очистки поверхности.

При недостаточной эффективности щелочной очистки на поверхности проволоки в виде шлама остается разрыхленная окалина, включающая труднорастворимые в кислоте Fe₂O₃ и Fe₃O₄. Следовательно, технологические режимы (температура проволоки на входе в щелочной раствор, концентрация щелочи и другие параметры), должны обеспечивать удаление окислов с минимальным количеством шлама на заготовке после ванны щелочной очистки.

Показатели качества очистки при разных технологических режимах щелочной очистке без предварительного охлаждения горячей проволоки представлены в таблице 2.

Увеличение концентрации NaOH со 100 до 160-220 г/дм³ улучшает качество щелочной очистки проволоки. С повышением температуры расплава до 570-580°С последующая щелочная очистка не может удалить возросшее количество окислов железа с поверхности проволоки.

Примером использования технологии является подготовка поверхности холоднотянутой заготовки к нанесению бронзового покрытия при изготовлении проволоки для бортовых колец шин.

Ряд промышленных агрегатов по производству бронзированной проволоки для бортовых колец шин включает в себя следующие основные технологические операции подготовки поверхности проволоки к нанесению покрытия:

– размотка;

– расплав свинца или щелочи или солей;

– охлаждение проволоки водой;

– ванна электрохимического щелочного обезжиривания;

– промывка;

– ванна химического кислотного травления или электрохимического травления в кислом или нейтральном растворе;

– промывка;

– бронзирование (нанесение покрытия).

При замене охлаждения проволоки водой после термического отпуска химической щелочной очисткой отпадает необходимость в электрохимическом обезжиривании. Последовательность технологических операций:

– размотка;

– расплав свинца или щелочи или солей;

– химическая щелочная очистка с охлаждением проволоки;

– промывка;

– ванна химического кислотного травления или электрохимического травления в кислом или нейтральном растворе;

– промывка;

– бронзирование (нанесение покрытия).

В предлагаемой технологии снижается нагрузка на ванны травления, так как окислы железа, образующиеся после обработки проволоки в расплаве, удаляются в процессе ее охлаждения в растворе щелочной очистки.

Снижение нагрузки на ванны травления увеличивает продолжительность работы травильного раствора, снижает затраты на его регенерацию, улучшает условия труда травильщиков. В варианте с электрохимическим травлением – уменьшение токовых нагрузок, для химического – сокращение продолжительности травления. Щелочной раствор нагревается в процессе работы за счет тепла проволоки, следовательно, для его охлаждения необходимы теплообменники.

Оптимальные технологические параметры щелочной очистки при производстве бортовой бронзированной проволоки:

1. Температура расплава 400-500°С. При большей температуре значительно возрастает количество окислов на проволоке и, как следствие, снижается качество щелочной очистки.

2. Концентрация NaOH 120-300 г/дм³.

3. Скорости обработки проволоки от 40 до 200 м/мин и более при длине погружения проволоки в щелочной раствор 0,7-2 м.

4. Для повышения эффективности очистки расстояние между выходом проволоки из расплава до входа в раствор щелочи должно быть минимальным, зависимости от скорости проволоки составлять 0,5-7 м.

Технико-экономическая эффективность изобретения:

– расширение технических возможностей очистки, например, возможность очистки стальной проволоки большего диаметра после сухого волочения;

– удешевление технологии очистки проволоки перед нанесением покрытия;

– очистка поверхности проволоки от окислов железа;

– улучшение условий труда.

Источники информации

2. Красильников Л.А. Цинкование, лужение и латунирование стальной проволоки – М.: Металлургия, 1967, 214 с., стр.96-97 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ очистки поверхности стальной проволоки, включающий ее нагрев в расплаве и охлаждение, отличающийся тем, что операцию охлаждения проволоки производят в щелочном растворе при температуре проволоки на входе в щелочной раствор выше температуры кипения этого раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев проволоки осуществляют в ванне с расплавом свинца, и/или щелочи, и/или солей.

3. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что температуру расплава поддерживают в интервале 300-650°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию щелочи в растворе для охлаждения и очистки проволоки обеспечивают от 30 до 600 г/дм³, а температуру раствора 20-90°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость движения проволоки при обработке составляет от 30 до 500 м/мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что проволоку после щелочного раствора подвергают промывке и травлению.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что травление проводят химическим способом в кислой среде.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что травление проводят электрохимическим способом в кислом или нейтральном растворе.