Электролитическое лужение жести

Появление технологии электролитического лужения жести связано с дефицитом олова. Примерно 50% всего добываемого олова расходуется на лужение жести.

Оловянные руды найдены во всех частях света, но примерно 60% общих разведанных запасов находится в странах Азии (Малайзия, Таиланд, Индонезия, КНР), 21% в Южной Америке (Бразилия, Боливия), 6% в Африке (Нигерия, Заир), 4% в Австралии и только около 3% в Европе (Великобритания). Основными потребителями первичного олова являются США, Япония, Великобритания, Германия, Франция.

Электролитическое лужение жести

Электролитически луженую белую жесть выпускают в соответствии с требованиями ГОСТ 13345 таких марок: ЭЖК (консервная), ЭЖР (разная). Её подразделяют по степеням твердости (А, В, С, Д), измеряемым на приборе типа супер-Роквелла по ГОСТ 13345.

Для лужения применяют олово марки 01 или 01ПЧ (не менее 99,9% Sn). Толщина (номинальная) оловянного покрытия жести и масса покрытия (дается в скобках), считая покрытие с двух сторон, по классам I, II, III (одинаковая толщина покрытия на каждой стороне — ЭЖК) и Д-I, Д-П, Д-Ш (дифференцированное покрытие — ЭЖКД) должна соответствовать таким данным, мкм (г/ м2): I — 0,38 (5,6); II — 0,76 (11,2); III — 1,15 (16,8); Д-1 — 0,38/0,76 (2,8/5,6); Д-Н — 0,38/1,15 (2,8/8,4); Д-Ш—0,76/1,15 (5,6/8,4). Жесть марок ЭЖК и ЭЖКД выпускают с падкой чистой поверхностью, без рванин, прожогов, раковин, ржавых пятен, плен, расслоений, незалуженных участков и загрязнений, за исключением незначительных дефектов, не нарушающих цельность покрытия. Жесть с более значительными дефектами, имеющая нарушения полуды, отсортировывается в пониженный сорт (ЭЖР и ЭЖРД).

Перед лужением черную жесть обрабатывают на АПП, аналогичным показанному на рис.178. Далее она поступает на непрерывные агрегаты электролитического лужения, схема которого показана на рис Л 80.

Современное электролитическое лужение жести — это великолепно отработанный технологический процесс, отличающийся высоким консерватизмом.

На современных агрегатах электролитического лужения применяют химическое и электрохимическое обезжиривание постоянным током. Химическое обезжиривание производят в щелочном растворе состава, г/л: Na(OH) —25-30; Na,P04 или Na3P3O10 — 25-30; сульфирол — 1-4. Температура раствора 80—90°С. После химического обезжиривания полосу подвергают щеточной обработке и промывке холодной водой в щеточно-моечной машине.

Затем полоса поступает в ванны электролитического обезжиривания, которое производят в растворе того же состава, что и при химическом обезжиривании. Механизм процесса сводится к эмульгированию жиров с полосы выделяющимися на поверхности полосы пузырьками водорода. После обезжиривания жесть проходит струйную промывку умягченной холодной водой. Промытую полосу подвергают дополнительной щеточной обработке и промывке холодной водой в следующей щеточно-моечной машине, после чего полоса поступает в ванны травления. Травление осуществляют в электролите состава; H,S04 — 50-100, Fe до 20 г/л при нормальной температуре. Полоса является катодом, в качестве анода применяются свинцовые пластины. После травления полосу подвергают интенсивной струйной промывке холодной водой и щеточно-моечной обработке, после чего она поступает в ванны электролитического лужения.

Схема ванны электролитического лужения показана на рис.181.

Как правило, перед ваннами лужения располагают ванну замачивания полосы в разбавленном электролите лужения (см. рис.180). В ванне замачивания полосы расположен гуммированный ролик, находящийся в растворе, и полоса, выходящая из ванны, несет на себе пленку раствора, что улучшает передачу тока при прохождении полосы по первому токонесущему ролику ванны лужения.

Схема основного расположения оборудования агрегата электролитического лужения жести

Число ванн лужения зависит от скоростной характеристики агрегата и максимальной толщины оловянного покрытия. Эксплуатируются агрегаты с шестью, восемью и двенадцатью ваннами. Ванны могут быть односекционными, двухсекционными и четырехсекционными. Двух- и четырехсекционные ванны состоят из общей верхней части, разделенной перегородками на секции. В нижней части к общему корпусу прикрепляют днища и погружными роликами. На рис.181 показана четырехсекционная ванна лужения. Над каждой перегородкой установлены токонесущие ролики, с помощью которых электрический ток передается на полосу. Токонесущий ролик состоит из охлаждаемой водой металлической бочки с цапфами. На поверхность бочки наносится слой меди толщиной 8-12 мм для улучшения токопроводности. Медная облицовка гальванически покрывается слоем износоустойчивого хрома. На одну из цапф напрессован медный диск для приема электрического тока со щеточного коллектора. Величина тока, передаваемая через ролик, очень велика (12-18 кА), поэтому полоса должна плотно прилегать к поверхности бочки. Для прижатия полосы к бочке токонесущего ролика служат прижимные гуммированные ролики, регулируемые пневматическими цилиндрами.

 

Схема ванны электролитического лужения

Рис. 181. Схема ванны электролитического лужения: 1 — общая верхняя часть; 2 — аноды; 3 — токонесущий ролик; 4 — прижимной ролик; 5 — подвод тока к ролику; 6,7 — привод токонесущего ролика; 8 — трубопровод подачи электролита; 9 — слив электролита; 10— привод погружного ролика; 11 — нижняя съемная часть ванны с погружным роликом

Транспортирование полосы по технологической часта агрегата осуществляется с помощью тянущих станций 4 (см. рис.180). Весьма важно, чтобы скорость вращения роликов была строго синхронизирована со скоростью полосы во избежание потертости и других дефектов покрытия. Поэтому токонесущие и погружные ролики имеют- индивидуальный регулируемый привод.

Поскольку все погружные ролики в ваннах являются приводными, особое значение приобретает уплотнение шейки ролика в месте прохода из ванны.

В каждой ванне расположено по четыре анодных мостика, к которым подводится положительный полюс от источника тока. На мостиках укреплены оловянные аноды. Нижняя часть анода фиксируется направляющими. Аноды изготавливают из чистого олова. Они представляют собой для каждой стороны полосы комплект отдельных брусков шириной по 80 мм, толщиной по 50 мм и длиной по 1,8 м. Аноды заменяют без остановки агрегата. Анодные мостики устанавливают под углом к полосе. Расстояние между полосой и рабочей поверхностью каждого анода поддерживают постоянным для получения оловянного покрытия одинаковой толщины по всей ширине полосы. Общая ширина анодного ряда несколько меньше ширины полосы во избежание получения утолщенного покрытия на кромках за счет так называемого «краевого аффекта», концентрации тока на кромках. Так как ток на полосу передается от токонесущих роликов, расположенных вверху ванны, плотность тока в нижней части петли оказывается меньшей. Для создания одинаковых условий осаждения олова по всей длине петли расстояние между анодом и полосой в нижней части устанавливают 25 мм, в верхней — 40 мм [166].

Для лужения применяют щелочные или кислотные электролиты (фенол- сульфоновые, галогенидные и щелочные).

Щелочные электролиты применяли в начале развития процесса электролитического лужения жести. Низкие электрохимические показатели щелочных электролитов привели к тому, что их применять перестали.

Фенолсульфоновые электролиты агрессивны, ванны и коммуникации треоуют защитных покрытий. Состав электролита: олово Sn 25-40 г/л, фенолсульфоновая кислота 50-70 г/л. В электролит вводят также органические добавки — дигидрооксидифенилсульфон 4—6 г/л и монобутилфенилфенолмоно-сульфонат натрия 0,1-0,5 г/л. Вместо указанных добавок возможно применение добавки нафтоксола 2-5 г/л, электроосаждение ведется при температуре 35-55С. Анодный процесс сводится к растворению олова Sn — 2 е Sn ), а катодный к электроосаждению его на поверхности стальной полосы. В электролите допускается содержание железа до 15 г/л. Электролит непрерывно циркулирует между баком и ваннами через теплообменники.

Гъюгенидные электролиты относят к группе кислотных, они содержат ~75 г/л SnCl, -25 г/л NaF, 50 г/л KF, 45 г/л NaCl и 1-2 г/л органических добавок. Температура в ваннах составляет 45°С, скорость движения полосы в ванне до 12 м/с.

При кислотных электролитах поверхность полосы обрабатывают в растворе фенолсульфоновой кислоты состава: Sn2+ — 4-10; фенолсульфоновая кислота — 12-24 г/л.

Скорость полосы в технологической части агрегатов составляет 5-9 м/с.

С целью уплотнения оловянных осадков в электролизных ваннах, их подвергают оплавлению при температурах, превышающих температуру плавления олова (232°С), Оплавление осуществляется контактным или индукционным методами. После оплавления луженую ленту подвергают пассивации, в результате которой образуется искусственная окисная пленка (1-5 им), В современных агрегатах электролужения осуществляется катодная пассивация в растворе бихромата натрия (Na^Ci^O,), концентрация 20-30 г/л, температура раствора 40-50°С, рН — 4-6. Плотность тока 5-20 А/дм1, время пассивации 1,5-2 с. Промасливание — последняя технологическая операция, служащая для устранения потертости на жести при хранении и транспортировке, улучшения штампуемости, повышения стойкости против коррозии. Промасливание в электростатическом поле (50 кВ) не снижает адгезии лаковой пленки к покрытию. Количество наносимого масла 5-10 мг/м2 поверхности жести. Применяется хлопковое масло или диоктилсебацинат.

С середины 60-х до середины 90-х годов прошлого века в мире не происходило никаких серьезных изменений в самой технологии электролитического лужения. Все старые и вновь строящиеся линии использовали практически две основные технологии: процесс «ферростан» — электролитическое лужение из электролита на основе фенолсульфоновой кислоты с добавками класса этоксилированных нафтолсульфокислот и процесс галогенидного лужения, осуществляемый в различных вариантах фторидного, фторидно-хлоридного и борфтористоводородного электролитов. Все указанные варианты, имеющие, естественно, свои особенности и преимущества, обеспечивали при надлежащем аппаратурном оформлении и уровне технологической дисциплины получение высококачественных оловянных покрытий в диапазоне толщин от 1-1,5 до 11,2 г/м2
олова с каждой стороны.

В середине 90-х годов остро встали вопросы экологии, поскольку именно они были наиболее слабым звеном превосходно отработанных и многократно проверенных традиционных технологий. Это и обусловило появление на мировом рынке сразу двух принципиально новых электролитов лужения.

Это электролиты на основе метансульфоновой кислоты (MSA), прошедшие промышленное опробование на линиях в Хоговенсе (Голландия) и Андернахе (Германия), и разработанный в России сульфаминовый электролит.

При замене фенолсульфонового электролита лужения на сульфаминовый произошло выведение из технологического процесса высокотоксичных фенол- и нафтолсодержащих продуктов второго класса опасности с заменой их малоопасными веществами. Так например, используемый в составе сульфаминового электролита лужения азотсодержащий блоксополимер окиси этилена и пропилена (проксамин-385) относится к химическим веществам четвертого класса опасности. При этом, как показали результаты лабораторной проработки и пятилетней промышленной эксплуатации, качество получаемого покрытия и технические возможности нового электролита существенно выше тех, которые были у заменяемого фенолсульфонового процесса.

В Советском Союзе вся работа от исходных пробных экспериментов до начала промышленного внедрения в 1993 г. заняла пять лет. В проведении работ участвовали ЦНИИЧермет, ОАО ММК, ОАО «ИСПАТ-Кармет». Важнейшим этапом работы стал подбор поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые надежно бы ингибирсвали поверхность и слабо проникали бы в катодный осадок, чтобы не ухудшить оплавление покрытия. В результате длительных лабораторных испытаний в качестве основного ПАВ был выбран упоминавшийся выше проксамин-385, относящийся к классу полиалкиленгликолей. Он мог использоваться индивидуально, модифицироваться (сульфат, дималеинат и т.д.) или применяться в сочетании с другие продуктами (сульфасалициловая кислота, полиалкиленгликоли с концевыми оксипропильными группами и т.д.).

Испытания нового электролита показали, что он обеспечивает высокое качество оловянных покрытий, особенно в тонких слоях, причем улучшение качества происходит в сочетании с расширением допустимых диапазонов изменения плотностей тока и, что особенно важно, температур. Электролит показал достаточную устойчивость к загрязнителям и невысокий уровень шла- мообразования.

В результате выполненных исследовательских работ в лабораторных и промышленных условиях сульфаминовый электролит внедрен на пяти линиях электролитического лужения ОАО ММК и ОАО «ИСПАТ-Кармет».

Применение нового электролита позволило не только исключить применение токсичных компонентов, но и интенсифицировать технологический или молочные продукты следует подвергать электрохимической пассивации в растворе карбоната натрия. Обычно в линии электролитического лужения устанавливают ванны для пассивации в хроматных растворах и ванны для пассивации в растворах карбоната. Ванны с карбонатным раствором размещают перед хроматными ваннами.

При электрохимической пассивации в хроматных растворах применяют катодную, анодную, катодно-анодную и катодно-химическую обработку. Пассивацию осуществляют в ваннах, аналогичных ваннам для подготовки поверхности перед лужением. Иногда применяют струйный метод пассивации, Хроматная обработка жести пригодна при использовании всех видов лаков и эмалей, применяемых для покрытия белой жести. При этом получают чрезвычайно стабильную пассивную поверхность при любой скорости линии. После пассивации полосу промывают в ваннах и с ее поверхности парами гуммированных роликов отжимают влагу, сушат воздухом, нагретым до температуры не менее 85°С в установке сушки.

Для дополнительной защиты жести от коррозии во время транспортировки и хранения на складах, а также для предохранения оловянного покрытия от истирания при штабелировке листов, смотке полосы в рулоны и переработке жести у потребителя на поверхность пропассивированной паюсы наносят тончайшую пленку масла (5 мг/мг).

До последнего времени для промасливания электролитически луженой жести применяли хлопковое масло, представляющее собой смесь ненасыщенных жирных кислот: линолевой, олеиновой и пальмитиновой. В процессе работы эти кислоты легко окисляются и полимеризуются. в результате чего значительно изменяются свойства хлопкового масла. В некоторых случаях свойства масла настолько изменяются, что оно препятствует покрытию жести пищевыми лаками. Состав и свойства хлопкового масла нестабильны; они обусловлены климатом, составом почвы, на которой произрастает хлопок, и наконец, неизбежными отклонениями технологии переработки от установленной.

В связи с этим были подобраны синтетические масла: диоктилсебацинатта и дибутилсебацината. Они состоят из насыщенных двухосновных кислот и поэтому стабильны. Эти масла хорошо совмещаются с лаками и красками.

Схема установки электростатического промасливания приведена на рис. 182. Полоса, отклоняемая заземленным роликом, проходит между сетками, подключенными к источнику высокого напряжения. В нижней части установки расположены резервуары, в которые заливается хлопковое масло или диоктилсебацинат. С помощью форсунок масло распыляется сжатым воздухом. На пути масляного тумана установлены отражающие перегородки, которые задерживают капли масла. Масляный туман проходит через ионизационные патроны, на которые подается ток напряжением 20 кВ, сообщающие мельчайшим капелькам масла определенный заряд. Вдуваемое в пространство между полосой и сетками, на которые подается ток напряжением -50 кВ, масло осаждается тончайшим слоем на полосу. Сетки крепятся к корпусу камеры изоляторами. Пройдя камеру, полоса отклоняется роликом 8.

Аналогичная установка действует в цехе жести на ОАО «ИСПАТ-Кармет» (рис.183). С целью повышения равномерности распределения масла (также применяется диоктилсебацинат) по ширине смазываемой белой жести проведено исследование влияния основных факторов на равномерность нанесения масла. В качестве таких параметров приняты: давление воздуха, напряжение на электродах кабины ионизации, концентрация диспергированного масла в кабине промасливания. В результате исследований в качестве оптимальных приняты следующие параметры: напряжение на электродах ионизирующей кабины от 60 до 80 кВ, давление воздуха от 1 до 2 атм при умеренном концентрировании масляного тумана. Кроме этого установлено, что применение распределительных раструбов (на рис. 183 их роль играют отражательные перегородки) способствует получению более равномерного распределения масляной пленки по поверхности полосы, то есть их применение обязательно.

Принципиальная схема установки промасливания жести

 

 Принципиальная схема установки промасливания жести: 1 — высоковольтная кабина промасливания; 2 — генераторы аэрозоля; 3 — питающий маслобак; 4 — сливной маслобак; 5 — электроды; 6 — полоса; 7 — отклоняющие ролики; 8 — токосъемный ролик; 9 — форсунки; 10 — распределительные раструбы; II — ионизирующие патроны

Заключительными операциями являются сортировка и упаковка жести.

Сортировку белой жести производят в соответствии с требованиями ГОСТа и осуществляют в потоке агрегатов при помощи микрометра, замеряющего толщину жести, и дефектоскопа, определяющего наличие проколов, Оценку качества поверхности жести осуществляют визуальным осмотром.

Жесть поставляют либо в карточках, либо в рулонах.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий