ES2232564T3 - Decapado y desincrustado electrolitico continuo de acero al carbono y de acero inoxidable. - Google Patents
Decapado y desincrustado electrolitico continuo de acero al carbono y de acero inoxidable.Info
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Abstract
Método electrolítico continuo en solución neutra, para decapar y desincrustar aceros al carbono y aceros inoxidables en presencia de efectos indirectos del flujo de corriente de electrolisis, siendo dicha corriente continua o alterna y de frecuencia menor de 3 Hz, en el cual el tiempo de tratamiento anódico, si se aplica la corriente de célula deseada, y la corriente de célula, si se adopta el tiempo de tratamiento deseado, se seleccionan según la fórmula: It = c + kI donde: - I es la densidad de corriente que atraviesa la célula; - t es el tiempo de tratamiento anódico, - c es la fracción constante de densidad de carga eléctrica aplicada para las reacciones anódicas directas de conversión del óxido; - k es una constante de tiempo para el cálculo de la fracción de densidad de carga eléctrica, proporcional a la densidad de corriente I (kI), aplicada para las reacciones anódicas indirectas relacionadas con el desprendimiento de oxígeno y con la consecuente acidificación en la interfase acero/solución electrolítica, para los aceros al carbono, y en la interfase incrustación/ solución, para los aceros inoxidables; siendo las constantes c y k conocidas para cada tipo de acero y de incrustación.
Description
Decapado y desincrustado electrolítico continuo
de acero al carbono y de acero inoxidable.
La presente invención se refiere al decapado
continuo, mediante un proceso electrolítico en una solución neutra
(de pH comprendido entre 6,0 y 8,0), de bandas de aceros al carbono
laminados en caliente. La presente invención también se refiere al
campo de la desincrustación continua de bandas de aceros
inoxidables, para eliminar los óxidos superficiales formados a
consecuencia de los tratamientos térmicos, incluyendo la laminación
en caliente y el templado.
En comparación con los procesos convencionales de
tratamiento en baños ácidos, los procesos de decapado y
desincrustado electrolítico neutro tienen básicamente las siguientes
ventajas: empleo de baños de decapado no peligrosos, no
perjudiciales y no contaminantes; facilidad de tratamiento y
regeneración de los residuos; y gran calidad superficial de los
materiales decapados.
Como es sabido, las principales reacciones
anódicas que teóricamente pueden tener lugar en solución sobre la
superficie oxidada de aceros al carbono laminados en caliente pueden
esquematizarse del siguiente modo:
(0)Fe +
2H_{2}O \rightarrow Fe(OH)_{2} + 2H^{+} +
2e^{-}
(1)H_{2}O
\rightarrow 2H^{+} + \ ^{1}/_{2}O_{2} +
2e^{-}
(2)Fe_{3}O_{4}
+ 8H^{+} \rightarrow 3Fe^{3+} + 4H_{2}O +
e^{-}
(3)Fe
\rightarrow Fe^{3+} +
3e^{-}
La primera reacción (0) es simplemente viable a
un bajo potencial de electrodo y como reacción de decapado resulta
marginal; es prácticamente insignificante para los valores de la
densidad de corriente (I) superiores a un valor límite
predeterminado (I_{0}).
Por lo tanto, para valores I > I_{0} pueden
tener lugar las reacciones segunda (1) y tercera (2) sobre la
superficie del acero cubierta de óxido. La reacción (1) acidifica la
interfase metal-incrustación, mientras que la
reacción (2) transforma la incrustación en un compuesto soluble,
gracias a la presencia de la interfase acidificada. Así pues, ambas
reacciones (1) y (2) constituyen el mecanismo básico del decapado
electrolítico en una solución neutra.
Cuando las incrustaciones superficiales están
casi completamente disueltas, la oxidación anódica del metal
subyacente, según la cuarta reacción (3), va incrementándose hasta
alcanzar su velocidad de equilibrio en el estado pasivo, una vez
eliminada toda la incrustación de la superficie (final del
tratamiento de decapado). Por lo tanto, bajo el mecanismo de
decapado electrolítico definido por las reacciones segunda (1) y
tercera (2), la cuarta reacción (3) resulta marginal.
Naturalmente, para establecer el circuito
eléctrico se usan unos electrodos auxiliares apropiados (también
llamados contraelectrodos), sobre los cuales tienen lugar las
reacciones catódicas que permiten mantener la neutralidad eléctrica
de la solución.
Durante el proceso de decapado electrolítico en
solución neutra, las reacciones anódicas arriba indicadas tienen
lugar bajo difusión controlada. Esto significa que las velocidades
de reacción dependen de la difusión de los reactantes y de los
productos de la reacción a través de la capa límite (flujo), que a
su vez viene determinada por la dinámica de fluidos sobre la
superficie de acero. Naturalmente, el incremento del burbujeo de la
solución en la interfase puede provocar efectos contrarios sobre la
velocidad de ataque de la incrustación, ya que también aumenta el
flujo de iones hidrógeno (H^{+}) que dejan la interfase
acidificada [reacción (1)].
Asimismo, por las leyes de Faraday de la
electrolisis, que atañen tanto a los procesos de disolución anódica
como a los procesos de deposición catódica, se sabe que la cantidad
de una sustancia obtenida (transformada) en los electrodos es
proporcional a la cantidad de carga eléctrica que pasa por el
circuito electrolítico. De modo más concreto, la cantidad de carga
eléctrica necesaria para obtener (transformar) una cantidad
determinada de sustancia es constante: p.ej., para un equivalente de
cualquier sustancia se requiere un Faraday, es decir 96.500
culombios, lo cual se expresa mediante la ecuación siguiente
Q = I_{tot}
\times t =
constante
donde Q es la cantidad de carga
eléctrica (en culombios, C), I_{tot} es la corriente eléctrica
aplicada (en amperios, A) y t es el tiempo de electrolisis (en
segundos,
s).
Esta ecuación es aplicable a cualquier selección
de I_{tot} o de t, por tanto puede conseguirse el mismo efecto
aplicando varios valores diferentes de corriente I_{tot} para los
correspondientes tiempos de electrolisis.
Como es sabido, debido a la gran sensibilidad del
cromo a la oxidación, las incrustaciones superficiales de los aceros
inoxidables sometidos a tratamiento térmico están notablemente
enriquecidas con óxido de cromo, que es muy difícil de eliminar
durante el posterior decapado en solución ácida.
Habitualmente, por razones ecológicas, en el
decapado de aceros inoxidables se usan mezclas de ácidos inorgánicos
fuertes, p.ej. soluciones de HNO_{3}/HF o, más recientemente, de
H_{2}SO_{4}/HF/H_{2}O_{2}.
Sin embargo antes del decapado químico se llevan
a cabo pretratamientos desincrustantes, a fin de acelerar el proceso
global de desincrustación en la fabricación del acero inoxidable. La
función del desincrustado es la de modificar las incrustaciones para
facilitar su posterior eliminación. Los métodos de acondicionamiento
de incrustaciones para bandas de acero inoxidable laminado en
caliente se basan en el empleo de baños de sales fundidas
(desincrustación termoquímica) o en los tratamientos
electrolíticos.
Un tipo de proceso termoquímico usado actualmente
para desincrustar consiste en la inmersión en un baño oxidante de
sal fundida que sea capaz de transformar los óxidos de cromo (o la
mezcla cromo/óxidos de cromo) en compuestos solubles de cromo
hexavalente.
El desincrustado electrolítico es un proceso
industrial corriente que puede llevarse a cabo en electrolitos
ácidos y también en electrolitos neutros, donde el anión suele ser
el ion sulfato. Es especialmente atractivo el proceso de
desincrustado electrolítico en una solución neutra. De hecho, este
tipo de desincrustado es eficaz para disolver las incrustaciones,
que luego se separan directamente de la solución por precipitación,
sin necesidad de un tratamiento de residuos (p.ej. neutralizando).
Por otra parte, para la construcción de la planta no se requiere
ningún material particularmente resistente a la corrosión.
Las principales reacciones anódicas de
transformación del óxido incrustado que producen la desincrustación
electrolítica en solución neutra pueden esquematizarse como
sigue:
(4)H_{2}O
\rightarrow 2H^{+} + \ ^{1}/_{2}O_{2} +
2e^{-}
(5)Cr_{2}O_{3}
+ 5H_{2}O \rightarrow 2CrO_{4}{}^{2-} + 10H^{+} +
6e^{-}
Para establecer el circuito electrolítico se usan
unos electrodos auxiliares (o contraelectrodos), sobre los cuales se
desarrollan las reacciones catódicas que permiten mantener la
neutralidad eléctrica de la solución.
Las dos reacciones arriba indicadas producen la
acidificación de la interfase incrustación/solución, que determina
la posterior disolución de las incrustaciones, conforme a las
siguientes reacciones:
(6)Fe_{3}O_{4}
+ 8H^{+} \rightarrow 3Fe^{3+} + 4H_{2}O +
e^{-}
(7)(NiO
+ 2H^{+} \rightarrow Ni^{2+} +
H_{2}O)
Naturalmente la reacción (7) solo se refiere a
aceros inoxidables austeníticos, puesto que los aceros inoxidables
ferríticos no llevan cantidades apreciables de níquel como metal de
aleación.
Como efecto secundario de la disolución de los
óxidos de hierro y de níquel se dispone de mayor cantidad de
Cr_{2}O_{3} para la conversión anódica.
Por tanto el mecanismo resultante de la
desincrustación electrolítica en una solución neutra incluye la
oxidación anódica del cromo y la acidificación de la interfase, la
cual determina la disolución del óxido de hierro y, cuando está
presente, del óxido de níquel.
Cuando las incrustaciones superficiales están
casi completamente disueltas, la oxidación anódica del metal
subyacente va aumentando hasta alcanzar su velocidad de equilibrio
en el estado pasivo, según la siguiente reacción esquemática:
(8)Me +
nH_{2}O \rightarrow MeO_{n} + 2nH^{+} +
2ne^{-}
donde Me representa la aleación
Fe-Cr-Ni; entonces solamente tienen
lugar las reacciones (1) y (5), sin embargo la última a una
velocidad mucho más baja que la
primera.
Durante el proceso de desincrustación
electrolítica en solución neutra, todas las reacciones arriba
indicadas tienen lugar bajo difusión controlada. Esto significa que
las velocidades de reacción dependen de la difusión de los
reactantes y de los productos de la reacción a través de la capa
límite, la cual depende a su vez de la dinámica de fluidos sobre la
superficie de acero. Naturalmente, el incremento del burbujeo de la
solución en la interfase puede provocar efectos contrarios sobre la
velocidad de ataque de la incrustación, ya que también aumenta el
flujo de iones hidrógeno (H^{+}) que dejan la interfase
acidificada [reacción (1)].
Asimismo, por las leyes de Faraday de la
electrolisis, que atañen tanto a los procesos de disolución anódica
como a los procesos de deposición catódica, se sabe que la cantidad
de una sustancia obtenida (transformada) en los electrodos es
proporcional a la cantidad de carga eléctrica que pasa por el
circuito electrolítico. De modo más concreto, la cantidad de carga
eléctrica necesaria para obtener (transformar) una cantidad
determinada de sustancia es constante (p.ej., para un equivalente de
cualquier sustancia se requiere un Faraday, es decir 96.500
culombios). Por lo tanto, para la transformación electrolítica de
una cantidad determinada de sustancia, la correspondiente densidad
de corriente es constante.
Q = I_{tot}
\times t =
constante
donde Q es la cantidad de carga
eléctrica (en culombios, C), I_{tot} es la corriente eléctrica
aplicada (en amperios, A) y t es el tiempo de electrolisis (en
segundos, s). Esta ecuación es aplicable a cualquier selección de
I_{tot} o de t, de manera que puede obtenerse el mismo efecto
aplicando varios valores diferentes de corriente I_{tot} para los
correspondientes tiempos de
electrolisis.
Ahora se ha encontrado que, para los procesos de
decapado o desincrustado electrolítico en una solución neutra, la
clásica ecuación de electrolisis antes señalada podría llevar a
resultados erróneos. En realidad, para una cantidad determinada de
incrustación superficial (suponiendo que la composición y estructura
de los óxidos incrustados sea constante) y una configuración
determinada del proceso, puede observarse que para alcanzar un
decapado o desincrustado satisfactorios, es decir la conversión
completa de la incrustación, a 1 dm^{2} de superficie de acero
oxidada deben aplicarse, como mínimo, 15 A durante 40 s (aceros al
carbono) y al menos 10 A durante 10 s (aceros inoxidables) de
tratamiento anódico. Pero si se desea aplicar otro valor de densidad
de corriente I (p.ej. de 60 A/dm^{2}, a fin de acelerar el
proceso) para tratar (decapar/ desincrustar) este mismo material, el
nuevo tiempo de tratamiento no podría calcularse por la clásica
ecuación de electrolisis, porque operando con la máxima densidad de
corriente el valor obtenido resultaría demasiado corto para
garantizar la efectividad del proceso.
Por tanto, la información deducible de la clásica
ecuación de electrolisis no es adecuada para calcular la cantidad de
carga eléctrica que debe aplicarse en las células de un proceso
electrolítico neutro.
Por consiguiente, en el ámbito específico hay
necesidad de métodos que, en presencia de efectos indirectos de
flujo de corriente, faciliten la elección correcta de los tiempos de
tratamiento anódico y de las corrientes de las células, así como el
cálculo de las dimensiones de la correspondiente línea y planta de
desincrustación.
La presente invención satisface esta necesidad y
aporta ventajas adicionales, que se evidenciarán a continuación.
Así, un objeto de la presente invención es un
método electrolítico continuo en una solución neutra, para decapar y
desincrustar aceros al carbono y aceros inoxidables, según la
reivindicación 1.
La solución salina neutra es preferentemente de
sulfato sódico, a una concentración de 0,5 a 2,5 M y una temperatura
comprendida entre 30 y 100ºC.
En concreto, se ha observado que en el caso de la
electrolisis con corriente continua pueden alcanzarse resultados
satisfactorios, si la cantidad mínima de carga eléctrica c es de 200
a 1.250 C/dm^{2} (aceros al carbono) y de 40 a 200 C/dm^{2}
(aceros inoxidables) y la constante de tiempo k varía de 2 s hasta
25 s, preferiblemente de 2 a 11 s para los aceros al carbono y de 2
a 25 s para los aceros inoxidables.
Los tiempos de tratamiento oscilan entre 7 y 50 s
para los aceros al carbono y entre 2 y 45 s para los aceros
inoxidables. La densidad de corriente varía de 10 a 80 A/dm^{2}
(aceros al carbono) y de 5 a 150 A/dm^{2} (aceros
inoxidables).
Conforme a consideraciones teóricas, no reseñadas
aquí, los resultados imprevistos según la presente invención pueden
explicarse teniendo en cuenta el mecanismo de decapado
electrolítico, la naturaleza heterogénea del mismo y el distinto
efecto del flujo de corriente eléctrica sobre cada una de las
reacciones del decapado electrolítico. Así, se encuentra que la
velocidad de la reacción de transformación electroquímica aumenta
menos que proporcionalmente respecto al incremento de la corriente
total aplicada a la célula.
La consecuencia práctica de este hecho, como ya
se ha mencionado, es que el proceso electrolítico en una solución
neutra no se puede controlar según la constancia de la cantidad de
carga eléctrica aplicada, como es habitual en el caso de los
procesos electrolíticos que no incluyen efectos indirectos del flujo
de corriente (en este caso, la acidificación de la interfase). La
selección de los tiempos de tratamiento anódico y de las corrientes
de las células debería llevarse a cabo teniendo en cuenta que al
aumentar la corriente aplicada también debería aumentar la cantidad
de carga eléctrica.
Para el diseño de las correspondientes líneas de
decapado también deben observarse las condiciones que gobiernan el
proceso electrolítico neutro, a fin de asegurar su funcionamiento a
distintas velocidades de la banda que se somete al tratamiento.
El tiempo de tratamiento anódico depende de la
velocidad de la línea (v) y de la longitud total de los electrodos
(L) que proporcionan la polarización anódica a la banda sometida al
tratamiento. Por lo tanto, la ecuación anterior que describe la
cantidad de carga eléctrica aplicada durante el proceso
electrolítico en solución neutra puede rectificarse del modo
siguiente
I = c/(L/v -
k)
Por consiguiente, otro objeto de la presente
invención es el uso del método electrolítico anteriormente descrito,
el cual se caracteriza porque, una vez establecida la anchura y la
velocidad de la banda, la longitud total de electrodo anódico y, por
lo tanto, la longitud de la correspondiente línea de tratamiento
electrolítico neutro en continuo, la corriente que debe aplicarse se
selecciona conforme a dicho método y se define según las
reivindicaciones 4 y 8.
El tratamiento electrolítico de las bandas de
acero se realiza normalmente en células que constan de una serie de
electrodos conectados a los polos opuestos de la alimentación
eléctrica, los cuales determinan alternativamente las secuencias de
polarización anódica y catódica sobre la banda sometida a
desincrustación. Aunque el proceso de desincrustación solo requiere
la polarización anódica, la adición de la fase catódica aporta como
ventaja que las reacciones electroquímicas se desarrollan
directamente sobre la banda, sin ninguna conexión de esta última con
la alimentación de corriente; de este modo se puede evitar el empleo
de costosos rodillos portadores de corriente. Por tanto, la longitud
total (L) de los electrodos que imponen la polarización anódica
sobre la banda viene dada por la suma de las longitudes unitarias
(L_{a}) de cada electrodo.
La célula puede tener un desarrollo vertical u
horizontal, según los criterios de conveniencia de la planta.
Además, la ecuación de tratamiento electrolítico
neutro revelada en la presente invención indica que hay un tiempo de
electrolisis (k) inactivo para el tratamiento. Esto significa que,
al diseñar una planta de tratamiento electrolítico en solución
neutra para bandas de acero, debe considerarse que el tiempo total
de tratamiento anódico (t) será superior a k
t = L/v >
k
En la práctica, el proceso de desincrustación
electrolítica está fraccionado en una secuencia de pulsaciones de
corriente anódica y catódica, con
L = n \times
L_{a}
(donde L_{a} es la longitud de
cada pulsación de corriente anódica y n el número de pulsaciones de
corriente); la frecuencia (f) de cada pulsación de corriente anódica
debería
ser
f = v/L_{a}
< \ ^{1}/_{2} \times
n/k
donde el factor ½ se introduce para
tener en cuenta el tiempo total del tratamiento (suponiendo así que
las pulsaciones de corriente catódica son
simétricas).
Para k_{m\text{í}n} = 2 s y
n_{máx} =
12,
se obtiene f_{máx} < 3
hz.
Este valor límite de la frecuencia para el
decapado electrolítico en solución neutra es compatible con el
mecanismo de reacción avanzado para el tratamiento, que implica la
acidificación de la interfase electrificada, con el fin de fomentar
la disolución de los óxidos. Tomando p.ej. bandas de aceros al
carbono laminados en caliente bajo unas condiciones industriales
predeterminadas (con procedimientos constantes de enfriamiento tras
el laminado), las incrustaciones resultantes presentan una
composición y morfología casi constantes y para ser decapadas
electrolíticamente requieren una mínima cantidad de carga c, que
depende del tratamiento mecánico de rotura de la incrustación antes
del decapado.
El método electrolítico en solución neutra
conforme a la presente invención también puede llevarse a cabo
mediante una corriente alterna que tenga una frecuencia menor de 3
Hz, con tiempos totales de tratamiento y corrientes aplicadas, que,
para valore adecuados de c' y k', se seleccionan según la
fórmula:
I\cdot t = c'
+
k'Xt
Hasta aquí solo se ha perfilado la presente
invención. A continuación, con la ayuda de los siguientes ejemplos y
de las figuras adjuntas, se exponen formas de ejecución de la misma,
con la intención de poner de manifiesto sus finalidades,
características, ventajas y modos de aplicación.
La fig. 1 representa gráficos de desincrustación,
como fracción de incrustaciones P(t)/P_{T} transformadas en
función del tiempo, para incrustaciones iniciales P_{T1} y
P_{T2} > P_{T1}. Las curvas se obtuvieron integrando una
ecuación de desincrustación resultante de la observación
experimental de la pérdida de masa durante el proceso de
desincrustación.
La fig. 2 se refiere al caso en que c = 70
C/dm^{2} y presenta las cuatro curvas hiperbólicas con el
parámetro k igual a 1, 2, 3 y 4 segundos respectivamente de abajo
hasta arriba, y con las asíntotas I = 0 A/dm^{2} y t = k
segundos.
Un acero común de bajo contenido en carbono con
incrustaciones del laminado en caliente, preacondicionado
mecánicamente por compresión con rodillos (aproximadamente un 2,5%
de alargamiento) se somete al método de decapado electrolítico
continuo en una solución neutra, según la presente invención. Para
este tipo de incrustaciones se encontró que c era igual a 490
C/dm^{2} y k era igual a 3,7 s. Además, para que tuvieran lugar
las reacciones de transformación de las incrustaciones, debía
aplicarse una densidad de corriente I > I_{0}, siendo I_{0} =
10 A/dm^{2}.
En una línea continua de decapado electrolítico
neutro para bandas de 1,5 m de ancho, funcionando a 90 m/min durante
el régimen constante y a 20 m/min al inicio y al final del rollo, la
longitud total de electrodo anódico (L) y, por lo tanto, la longitud
de la planta de decapado se establece con relación a la corriente
aplicada en la célula, según lo dispuesto por la ecuación del
decapado electrolítico neutro conforme a la presente invención.
Según las indicaciones de dicha ecuación, la
densidad de corriente (I) que debe aplicarse a la célula de decapado
electrolítico en función de la longitud de electrodo anódico (L) y
de la variación de la velocidad de la línea (v) figura en la columna
3 de la tabla 1; en la columna 4 se indica la densidad de carga
eléctrica (Q) y en la columna 5 la corriente total (I_{tot}) que
debe aplicarse, la cual se calcula multiplicando la densidad de
corriente por el área de electrodo anódico. Por lo visto, a la
velocidad de régimen de 90 m/min, la densidad de carga eléctrica (Q)
que debe aplicarse para el decapado electrolítico aumenta al
disminuir la longitud de electrodo anódico. Asimismo aumenta la
corriente total (I_{tot}) aplicada.
En la columna 6 se indica la corriente
I_{tot}º, calculada según la clásica ley de la electrolisis
(I_{tot}º = Iº \times S = 490 \times v/L \times S). Como
puede verse, de no tener en cuenta el método de la presente
invención, el dimensionado de la alimentación de corriente,
manteniendo las mismas velocidades de la línea, habría sido
notablemente insuficiente para asegurar el decapado completo al
reducir la longitud de la planta.
Además, de la tabla 1 puede deducirse que la
operación a baja velocidad (20 m/min) implica el empleo de una
longitud anódica total que no supere los 16 m, a fin de que se
cumpla la condición I > I_{0}. Esto se consigue subdividiendo
los electrodos y alimentando solo una parte de ellos,
independientemente de la longitud total de los ánodos instalados en
las células.
Un acero siliconado (3% de Si) para usos
magnéticos, con incrustaciones del laminado en caliente,
preacondicionado por martillado en línea, se somete al método de
decapado electrolítico neutro en continuo según la presente
invención. Como la martilladora elimina en parte las incrustaciones,
de modo inversamente proporcional a la velocidad de la línea, se
halló para este material que c_{1} = 525 C/dm^{2} a v = 20 m/min
y c_{2} = 680 C/dm^{2} a v = 40 m/min; en ambos casos k = 3,1 s;
para provocar las reacciones de conversión de las incrustaciones
hubo que aplicar una densidad de corriente I > 15 A/dm^{2}.
En una línea continua de decapado electrolítico
neutro para bandas de 1,2 m de ancho, funcionando a 40 m/min y a 20
m/min, la longitud total de electrodo anódico (L) y, por lo tanto,
la longitud de la planta de decapado se establece con relación a la
corriente aplicada en la célula, según lo dispuesto por la ecuación
del decapado electrolítico neutro en continuo conforme a la presente
invención.
Según las indicaciones de dicha ecuación, la
densidad de corriente (I) que debe aplicarse a la célula de decapado
electrolítico en función de la longitud de electrodo anódico (L) y
de la velocidad de la línea (v) figura en la tabla 2, así como otras
cantidades relacionadas.
Así pues, se confirma que, a igualdad de
velocidades, cuando disminuye la longitud de electrodo anódico
aumenta la densidad de carga eléctrica (Q) que debe aplicarse para
el decapado electrolítico. Asimismo aumenta la corriente total
(I_{tot}) aplicada. A la velocidad de 20 m/min la longitud anódica
efectiva no debería superar los 12 m, para que la densidad de
corriente no sea demasiado baja (I < I_{0}). De ello se puede
deducir que la planta de decapado para dicho material podría
dimensionarse convenientemente con una longitud de electrodo anódico
de 10-14 m.
Sin embargo, también en este caso, el diseño de
la planta de decapado electrolítico según las leyes clásicas de la
electrolisis habría conducido a una subestimación de la alimentación
de corriente.
Se aplica el método de la presente invención a la
desincrustación de aceros corrientes laminados en caliente, con un
tratamiento previo de desincrustado mecánico como el del ejemplo 1
(incrustaciones con c = 490 C/dm^{2}, k = 3,7 s e I_{0} = 10
A/dm^{2}).
La línea de decapado, con una longitud total de
electrodo anódico L = 24 m (anchura de la banda = 1,5 m), debería
ser capaz de funcionar a una velocidad comprendida entre 60 y 120
m/min.
En la tabla 3 se indican las densidades de
corriente (I) que deben aplicarse a la célula de decapado
electrolítico en función de la longitud de electrodo anódico (L) y
de la velocidad de línea (v). En la tabla 3 también figuran todas
las demás cantidades relacionadas.
Como puede verse, sin tener en cuenta lo expuesto
hasta aquí según la presente invención, el dimensionado de la
alimentación de corriente habría sido notablemente insuficiente para
asegurar la desincrustación, al aumentar la velocidad de la
línea.
Se aplica el método según la presente invención a
unos aceros corrientes laminados en caliente, con un tratamiento
previo de desincrustado mecánico como el del ejemplo 1
(incrustaciones con c = 490 C/dm^{2}, k = 3,7 s e I_{0} = 10
A/dm^{2}).
La planta de desincrustado consta de 12 células,
cada una de ellas con una longitud anódica unitaria L_{a} = 2 m,
para un total L = 24 m (anchura de banda = 1,5 m); y debería ser
capaz de funcionar a una velocidad comprendida entre 40 y 120 m/min,
según dos modos distintos de control del proceso: en un caso (ver
tabla 4a) para maximizar el uso de la corriente procedente de cada
alimentación individual (es decir, uso de un número de células
proporcional a la velocidad de la línea) y en el otro caso (ver
tabla 4b) con el empleo constante de todas las células (es decir,
uso de una densidad de corriente proporcional a la velocidad de la
línea). Las indicaciones obtenidas figuran en las siguientes tablas
4a y 4b.
La ecuación del decapado electrolítico neutro
continuo según la presente invención demuestra que estos dos modos
de control del proceso no son equivalentes, ya que en general se
requiere una menor cantidad total de corriente de decapado si la
operación se lleva a cabo maximizando el número de células
empleadas.
La ecuación de electrolisis clásica no habría
permitido entender la diferencia entre ambos modos de control,
subestimando además la necesidad de corriente para el decapado.
Se estudia una planta de desincrustación
electrolítica neutra, insertada en una línea combinada de
decapado-templado para bandas de acero inoxidable
laminadas en frío, que opera con una longitud total de electrodo
anódico L = 4 m y con una anchura de banda = 1,25 m y que puede
variar la velocidad de tratamiento entre 20 y 70 m/min, con el fin
de satisfacer el requisito de un ciclo térmico constante para los
diferentes espesores de la banda de acero inoxidable.
Según las indicaciones de la ecuación de
desincrustado, la densidad de corriente directa (I) que debe
aplicarse a la célula de decapado electrolítico en función de la
velocidad de la línea (v) figura en la columna 2 de la tabla 5; en
la columna 3 se indica la densidad de carga eléctrica (Q) y en la
columna 4 la corriente total (I_{tot}) que debe aplicarse, la cual
se calcula multiplicando la densidad de corriente por la superficie
de electrodo anódico.
En la columna 5 figura la corriente I_{tot}º
determinada por la ley de electrolisis clásica (I_{tot}º =
Iº\cdotS = 70\cdotv/L\cdotS). Como puede verse, sin tener en
cuenta el hallazgo de la presente invención, el dimensionado de la
alimentación de corriente habría sido notablemente insuficiente para
asegurar la desincrustación, al aumentar la velocidad de la
línea.
Se estudia una planta de desincrustación
electrolítica neutra que funciona en el mismo intervalo de
velocidades que en el ejemplo 5 (20-70 m/min) y con
una mayor longitud total de electrodo igual a L = 5,12 m (anchura de
\hbox{banda =} 1,25 m). Los parámetros operativos de esta
planta, calculados con la ecuación de desincrustado según la
presente invención, figuran en la tabla 6.
Comparando este caso con el del ejemplo 5, las
leyes de la electrolisis habrían mantenido el mismo nivel de
corriente total (I_{tot}º), al incrementar la velocidad de la
línea. Realmente, la ecuación de desincrustado según la presente
invención indica la necesidad de menores cantidades de corriente, a
igualdad de velocidades, respecto al caso precedente.
Sin embargo, también en esta situación, el diseño
según las leyes conocidas de la electrolisis habría llevado a
subestimar la alimentación de corriente.
Se examina una planta de desincrustación
electrolítica neutra que funciona con una longitud total de
electrodo anódico L = 8 m (anchura de banda = 1,25 m), capaz de
variar la velocidad de tratamiento entre 60 y 120 m/min. Los
parámetros operativos de esta planta, calculados con la ecuación de
desincrustado de la presente invención, figuran en la tabla 7.
Este caso también confirma que el dimensionado de
las alimentaciones de corriente según las leyes clásicas de la
electrolisis habría resultado muy erróneo, por defecto, para las
otras velocidades operativas de línea.
Se examina el caso de una planta de
desincrustación electrolítica neutra formada por cuatro células,
cada una de las cuales tiene una longitud de electrodo anódico
L_{a} = 2 m, para un total L = 8 m (anchura de banda = 1,25
m).
La distribución de corriente como función de la
velocidad de la línea ya se ha observado en el ejemplo 7. Ahora,
suponiendo que la planta también pudiera funcionar solo con 3
células (p.ej. debido a razones operativas, fallos, etc.) y, por
tanto, con L = 6 m, las corrientes de desincrustación que deberían
aplicarse se indican en la tabla 8.
Funcionando con 3 células, al aumentar la
velocidad hay un aumento de la demanda de corriente total, que no se
habría podido predecir con las leyes clásicas de la
electrolisis.
Aquí se trata de una planta de desincrustación
electrolítica neutra que consta de n = 6 células, con una longitud
anódica unitaria L_{a} = 1 m y L = 6 m (anchura de la banda = 1,25
m), que en un caso (ver tabla 9a) funciona con un modo de control de
proceso que maximiza el empleo de la corriente procedente de la
alimentación individual (es decir, el uso de un número de células
proporcional a la velocidad de la línea) y en el otro caso (ver
tabla 9b) con el empleo constante de todas las células (es decir,
con el uso de una densidad de corriente proporcional a la velocidad
de la línea).
Estos dos modos de control de proceso no son
equivalentes, ya que en general se requiere una menor cantidad total
de corriente de desincrustación, cuando la operación se lleva a cabo
maximizando el número de células empleadas. En este caso también
persiste la subestimación de la corriente de desincrustación por la
ecuación clásica de electrolisis.
* *
*
Para satisfacer otras eventuales necesidades, una
persona experimentada en este campo puede efectuar varias
modificaciones y variantes del método anteriormente descrito, que
caigan sin embargo dentro del ámbito protector de la presente
invención, definida por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Método electrolítico continuo en solución
neutra, para decapar y desincrustar aceros al carbono y aceros
inoxidables en presencia de efectos indirectos del flujo de
corriente de electrolisis, siendo dicha corriente continua o alterna
y de frecuencia menor de 3 Hz, en el cual el tiempo de tratamiento
anódico, si se aplica la corriente de célula deseada, y la corriente
de célula, si se adopta el tiempo de tratamiento deseado, se
seleccionan según la fórmula:
It = c +
kI
donde:
- -
- I es la densidad de corriente que atraviesa la célula;
- -
- t es el tiempo de tratamiento anódico,
- -
- c es la fracción constante de densidad de carga eléctrica aplicada para las reacciones anódicas directas de conversión del óxido;
- -
- k es una constante de tiempo para el cálculo de la fracción de densidad de carga eléctrica, proporcional a la densidad de corriente I (kI), aplicada para las reacciones anódicas indirectas relacionadas con el desprendimiento de oxígeno y con la consecuente acidificación en la interfase acero/solución electrolítica, para los aceros al carbono, y en la interfase incrustación/ solución, para los aceros inoxidables;
siendo las constantes c y k
conocidas para cada tipo de acero y de
incrustación.
2. El método electrolítico continuo en solución
neutra, en presencia de efectos indirectos del flujo de corriente de
electrolisis, siendo dicha corriente continua o alterna y de
frecuencia menor de 3 Hz, según la reivindicación 1, en el cual la
solución neutra consta preferiblemente de sulfato sódico en una
concentración de 0,5 hasta 2,5 M, a una temperatura comprendida
entre 30 y 100ºC.
3. El método electrolítico continuo en solución
neutra para decapar aceros al carbono, en presencia de
efectos indirectos del flujo de corriente continua de electrolisis,
según la reivindicación 1 ó 2, en el cual la cantidad de carga
eléctrica c fluctúa de 200 hasta 1.250 C/dm^{2} y la constante de
tiempo k de 2 hasta 11 segundos, para tratamientos anódicos que
duran de 7 a 50 segundos y cuya densidad de corriente va de 10 hasta
80 A/dm^{2}.
4. Uso del método electrolítico continuo en
solución neutra para decapar aceros al carbono, en presencia de
efectos indirectos del flujo de corriente de electrolisis, siendo
dicha corriente continua o alterna y de frecuencia menor de 3 Hz,
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque, una vez establecida la anchura y la velocidad v de la banda
que debe decaparse y la corriente de célula I, la longitud total de
electrodo anódico y, por tanto, la longitud L de la correspondiente
línea de decapado electrolítico neutro en continuo está definida por
la fórmula
I = c/(L/v -
k)
que es la fórmula de la
reivindicación 1 reescrita, sustituyendo el tiempo t por el cociente
L/v.
5. Uso según la reivindicación 4, adoptando un
modo de control del proceso que consiste en emplear un número de
células proporcional a la velocidad de la línea y la máxima
corriente disponible.
6. Uso según la reivindicación 4, adoptando un
modo de control del proceso que consiste en emplear todas las
células y en utilizar una densidad de corriente proporcional a la
velocidad de la línea.
7. El método electrolítico continuo en solución
neutra para desincrustar aceros inoxidables, en presencia de
efectos indirectos del flujo de corriente continua de electrolisis,
según la reivindicación 1 ó 2, en el cual la cantidad de carga
eléctrica c fluctúa de 40 hasta 200 C/dm^{2} y la constante de
tiempo k de 2 hasta 25 segundos, para tratamientos anódicos que
duran de 2 a 45 segundos y cuyas densidades de corriente van de 5
hasta 150 A/dm^{2}.
8. Uso del método para desincrustación
electrolítica continua de aceros inoxidables en solución neutra, en
presencia de efectos indirectos del flujo de corriente de
electrolisis, siendo dicha corriente continua o alterna y de
frecuencia menor de 3 Hz, según las reivindicaciones 1, 2 ó 7,
caracterizado porque, una vez establecida la anchura y la
velocidad v' de la banda que debe desincrustarse y la corriente de
célula I', la longitud total de electrodo anódico y, por lo tanto,
la longitud L' de la correspondiente línea de desincrustación
electrolítica neutra en continuo está definida por la fórmula
I' = c'/(L'/v'
-
k')
que es la fórmula de la
reivindicación 1 reescrita, sustituyendo el tiempo t' por el
cociente
L'/v'.
9. Uso del método según la reivindicación 8,
adoptando un modo de control del proceso que consiste en emplear un
número de células proporcional a la velocidad de la línea y la
máxima corriente disponible.
10. Uso del método según la reivindicación 9,
adoptando un modo de control del proceso que consiste en emplear
todas las células y en utilizar una densidad de corriente
proporcional a la velocidad de la línea.
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