DE3937438A1

DE3937438A1 - Verfahren zum beizen von stahl

Info

Publication number: DE3937438A1
Application number: DE3937438A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Simmer
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: SIMMER, WILFRIED, 35719 ANGELBURG, DE
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1990-08-30
Anticipated expiration: 2009-11-11
Also published as: DE3937438C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beizen von mit Zunder behaftetem Stahl, insbesondere von Rostfrei-Stählen, in einer aus einer sauren wäßrigen Flußsäurelösung sowie Zusätzen von Fe³⁺-Ionen in Form komplexer Flourverbindungen bestehenden Beizflüssigkeit, wobei die Beizflüssigkeit während des Beizens mit gasförmigen und/oder flüssigen sauerstoffhaltigen Medien durchsetzt wird.

Das eingangs genannte Verfahren ist Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung 01 88 975.

Anstelle von Salpetersäure als Beizmittel, bei der durch Aus tritt von nitrosen Gasen (NO_x) eine Luftverschmutzung ein tritt und die Beizabwässer nur mit großem Aufwand zu neutralisie rende Nitride und Nitrate aufweisen, verwendet dieses Verfahren Fe³⁺-Ionen in Form komplexer Flourverbindungen als Oxydations mittel in einer sauren wäßrigen Flußsäurelösung mit 5 bis 50 g/l HF und einem pH-Wert von 0-3. Je nach zu beizender Stahlsorte werden 1 bis 150 g Fe³⁺-Ionen je Liter Beizflüssigkeit zuge setzt.

Während des Beizvorgangs reagiert das dreiwertige Eisen mit dem Grundmetall (metallisches Eisen = Fe) nach der Gleichung

2 Fe³⁺ + Fe → 3 Fe²⁺ (1)

Außerdem läuft folgende Reaktion ab:

Fe + 2 HF → H₂ + FeF₂ (2)

Der Angriff des Grundmetalls ist Voraussetzung für das Abspren gen des Zünders.

Durch einen Zusatz von gasförmigen sauerstoffhaltigen Medien (Einblasen von Luft oder Sauerstoff in die Beizflüssigkeit) und/oder die Zugabe von flüssigen oxidierenden Stoffen (wie H₂O₂ oder KMnO₄) kann das gemäß Gleichung (1) entstehende zweiwer tige Eisen wieder zu dem erwünschten dreiwertigen Eisen oxidiert werden, gemäß der Gleichung

O₂ + 4 H⁺ + 4 Fe²⁺ → 4 Fe³⁺ + 2 H₂O (3)

Die gute Beizwirkung und die hohe Beizgeschwindigkeit dieses be kannten Verfahrens können erfindungsgemäß noch verbessert wer den, wenn das der Beizflüssigkeit während des Beizens zugeführte sauerstoffhaltige Medium durch Elektrolyse in der Beizflüssig keit in statu nascendi erzeugter Sauerstoff ist.

Solcher im Augenblick seines Entstehens atomar vorliegender Sauerstoff reagiert in der Beizflüssigkeit wesentlich intensi ver bei der Oxidation von zweiwertigem Eisen als in die Beiz flüssigkeit eingeblasener molekularer Sauerstoff oder Luft.

Bei der Anwendung auf das Beizen von Stahlprodukten in einer Standbeize, bei dem die zu beizenden Produkte in einen mit der Beizflüssigkeit gefüllten Beizbottich getaucht werden, wird der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Strom kreis zwischen einer in die Beizflüssigkeit eingetauchten katho disch geschalteten Elektrode und dem anodisch geschalteten Pro dukt direkt am Produkt erzeugt.

Es kann aber auch vorgesehen sein, den Sauerstoff durch Elektro lyse der Beizflüssigkeit zwischen dem als Kathode geschalteten Beizbottich und dem anodisch geschalteten Produkt direkt am Pro dukt zu erzeugen.

Bei beiden Methoden bildet sich atomarer Sauerstoff in statu nascendi direkt am zu beizenden Produkt, sodaß die eingangs be schriebene Reaktion gemäß Gleichung (3) zur Oxidation von zwei wertigem zu dreiwertigem Eisen unmittelbar am Ort des Beizge schehens selbst ablaufen kann, wodurch die Beizwirkung insgesamt bedeutend verbessert wird.

Für das Beizen von Langprodukten aus Stahl, wie Draht und Band, bei dem die Langprodukte horizontal durch ein mit der Beiz flüssigkeit gefülltes Beizbecken geführt werden, wird erfindungs gemäß das Verfahren so durchgeführt, daß der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Stromkreis zwischen ein oder mehreren oberhalb des Langproduktes in die Beizflüssigkeit eingetauchten kathodisch geschalteten plattenförmigen Elektroden und dem anodisch geschalteten Langprodukt direkt am Langprodukt erzeugt wird.

Das Verfahren zum Beizen von Langprodukten kann aber auch so durchgeführt werden, das der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Stromkreis zwischen zwei paralell zu einander verlaufenden, in die Beizflüssigkeit eingetauchten, einmal kathodisch, zum andern anodisch geschalteten Elektroden und dem zwischen den Elektroden geführten als Mittelleiter dienenden Langprodukt erzeugt wird.

Bei dieser Schaltungsmethode entsteht an der anodisch geschal teten Elektrode der atomare Sauerstoff. Zusätzlich entsteht ato marer Sauerstoff an der Seite des Langproduktes, die der katho disch geschalteten Anode zugekehrt ist. Um nun zu erreichen, das sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des zu beizenden Langproduktes gleichmäßig dem Beizvorgang unterworfen werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, mehrere Paare von jeweils anodisch und kathodisch geschalteten Elektroden innerhalb des Beizbeckens in Längsrichtung des Langproduktes so zu schalten, daß abwechs elnd die Anoden bzw. die Kathoden oberhalb bzw. unterhalb des Langproduktes liegen.

Dabei können mehrere Paare von jeweils anodisch oder kathodisch geschalteten Elektroden zu Gruppen zusammengefaßt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den zusätzlichen Vorteil, das bei der Elektrolyse Fluoridionen an der anodischen Seite des Langproduktes bzw. der zu beizenden Produkte radikalisiert wer den und eine elektrochemische Umsetzung der Zunderschicht zu Me tallfluorid erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Beizverfahren so durchgeführt, daß das Langprodukt im Beizbecken über die Durchlauflänge abwechselnd zwischen Elektrodenpaaren mit Elektroden gleicher Polarität geführt wird.

Dabei kommt folgender Wirkungsmechanismus zum Tragen: Zwischen dem Elektrodenpaar, dessen Elektroden kathodisch ge schaltet sind, wirkt das als Mittelleiter dienende Langprodukt als Anode, d. h. es scheidet sich an beiden Seiten des Langpro duktes atomarer Sauerstoff ab, der die Beizwirkung erheblich be schleunigt.

Durchläuft das Langprodukt in Längsrichtung das nächste Elektro denpaar, dessen Elektroden anodisch geschaltet sind, scheidet sich an diesen atomarer Sauerstoff ab. Dieser atomare Sauerstoff wirkt nicht unmittelbar auf die Bandober- bzw. -unterseite ein, sondern dient dazu, in der Beizflüssigkeit selbst das zweiwertige Eisen wiederum zu dreiwertigem Eisen zu oxidieren.

Wegen der erfindungsgemäß schnell und wirksam ablaufenden Beiz vorgänge kann das Verfahren bei niedrigen Temperaturen, im Re gelfall bei Raumtemperatur durchgeführt werden, wohingegen das eingangs genannte Verfahren, das ohne den atomar gebildeten Sauerstoff arbeitet, Betriebstemperaturen bis zu 70°C benötigt.

Es versteht sich von selbst, das die beschriebenen Elektrolyse vorgänge durch Beaufschlagung von Gleichstrom stattfinden. Die zugehörenden Strompotentiale werden je nach Stahlqualität so eingestellt, das die für den Beizprozeß optimale Sauerstoffent wicklung gegeben ist. Die für das erfindungsgemäße Verfahren vor zugsweise verwendeten Stromdichten liegen im Bereich von 0,5 bis 1,0 A/dm².

Für die Verfahrensvariante, bei der beim Durchlaufbeizen das Langprodukt anodisch geschaltet ist, wird zur Stromzuführung auf das Langprodukt, z. B. ein Band, auf bekannte Stromzuführungs mittel zurückgegriffen, so zum Beispiel auf Stromzuführungsrol len, wie sie beim elektrolytischen Plattieren von Bändern be kannt sind.

Claims

1. Verfahren zum Beizen von mit Zunder behaftetem Stahl, insbesondere von Rostfrei-Stählen, in einer aus einer sauren wäßrigen Flußsäurelösung sowie Zusätzen von Fe³⁺-Ionen in Form komplexer Fluorverbindungen bestehenden Beizflüssigkeit, wobei die Beizflüssigkeit während des Beizens mit gasförmigen und/oder flüssigen sauerstoffhaltigen Medien durchsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Medium durch Elektrolyse in der Beizflüssigkeit in statu nascendi erzeugter Sauerstoff ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung auf das Beizen von Stahlprodukten in einer Stahlbeize, bei dem die zu heizenden Produkte in einen mit der Beizflüssigkeit gefüllten Beizbottich getaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Stromkreis zwischen einer in die Beizflüssigkeit eingetauchten kathodisch geschalteten Elektrode und dem anodisch geschalteten Produkt direkt am Produkt erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit zwischen dem als Kathode geschalteten Beizbottich und dem anodisch geschalteten Produkt direkt am Produkt erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung auf das Beizen von Langprodukten aus Stahl, wie Draht und Band, bei dem die Langprodukte horizontal durch ein mit der Beizflüssigkeit ge fülltes Beizbecken geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Stromkreis zwischen ein oder mehreren oberhalb des Lang produktes in die Beizflüssigkeit eingetauchten kathodisch ge schalteten plattenförmigen Elektroden und dem anodisch geschal teten Langprodukt direkt am Langprodukt erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung auf das Beizen von Langprodukten aus Stahl, wie Draht und Band, bei dem die Langprodukte horizontal durch ein mit der Beizflüssigkeit ge fülltes Beizbecken geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff durch Elektrolyse der Beizflüssigkeit in einem Stromkreis zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden, in die Beizflüssigkeit eingetauchten, einmal kathodisch und zum anderen anodisch geschalteten Elektroden und dem zwischen den Elektroden geführten, als Mittelleiter dienenden Langprodukt er zeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von jeweils anodisch und kathodisch geschal teten Elektroden innerhalb des Beizbeckens in Längsrichtung des Langproduktes so angeordnet sind, das abwechselnd die Anoden bzw. die Kathoden oberhalb bzw. unterhalb des Langproduktes liegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von jeweils anodisch und kathodisch geschalte ten Elektroden zu Gruppen zusammengefaßt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung auf das Beizen von Langprodukten aus Stahl, wie Draht und Band, bei dem die Langprodukte horizontal durch ein mit der Beizflüssigkeit ge fülltes Beizbecken geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Langprodukt im Beizbecken über die Durchlauflänge abwech selnd zwischen Elektrodenpaaren mit Elektroden gleicher Polari tät geführt wird.