MX2011005099A - Procedimiento para decapar acero de silicio con una solucion de decapado acido que contiene iones ferricos. - Google Patents

Abstract

El procedimiento de decapado diseñado para decapar una placa de acero eléctrico en una manera continua que comprende sumergir la placa en por lo menos un tanque de decapado; el tanque de decapado contiene una mezcla de HCI, Fe2+ y Fe3+ y una baja concentración de HF; al sacar el tanque de decapado fina, la placa puede cepillarse o lavarse para aflojar cualquier sarro residual para formar una placa limpia.

Description

PROCEDIMIENTO PARA DECAPAR ACERO DE SILICIO CON UNA SOLUCIÓN DE DECAPADO ÁCIDO QUE CONTIENE IONES FÉRRICOS REFERENCIA CRUZADA La presente solicitud reclama el beneficio de prioridad de la Solicitud de Patente Provisional del mismo título, No. de serie 61/1 14,660, presentada el 14 de noviembre de 2008, cuyo contenido está incorporado en su totalidad a manera de referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los aceros eléctricos que contienen silicio son bajos en carbono (de aproximadamente 0.1 % o menos) especialmente los aceros que comúnmente contienen silicio a aproximadamente 0.5% a aproximadamente 3.5%. Estos aceros incluyen aceros orientados y no orientados a gránulos. El procesamiento caliente de aceros eléctricos que contienen silicio pueden dar como resultado la formación de óxidos en la superficie de la placa de acero. Estos óxidos comprenden principalmente hierro, silicio y otros metales asociados, los cuales deben eliminarse antes de la reducción fría y otro procesamiento subsecuente. Tradicionalmente, estos óxidos se eliminaron por medio de un tratamiento mecánico inicial tal como granallado, el cual está seguido de un tratamiento químico como decapado con ácido nítrico en combinación con ácido clorhídrico y ácido fluorhídrico.

Debido a los costos de uso de ácido fluorhídrico hay un deseo por un método de aceros de silicio de decapado que reduce la cantidad del ácido utilizado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un procedimiento para decapar acero que comprende tratar el acero con una mezcla de HCI. Fe2+, y Fe3+ y una baja concentración de HF.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista esquemática de una disposición de tres tanques de decapado de acero de silicio donde los iones férricos se generan continuamente en los primeros dos tanques.

La figura 2 es una vista esquemática de una disposición de tres tanques de decapado de acero de silicio donde los iones férricos se generan continuamente en los tres tanques.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En el decapado de aceros de Si, los óxidos de hierro (Fe) y Si, ambos deben eliminarse. El tratamiento mecánico inicial tal como granallado elimina la mayoría del óxido de la superficie. Los químicos ácidos de las soluciones de decapado entonces pueden disolver el óxido arraigado restante. Los ácidos como HCI, nítrico (HN03), y/o sulfúrico (H2S04) actúan para disolver preferiblemente los óxidos ricos en Fe, mientras que, HF puede actuar para disolver los óxidos en Si. En los procedimientos anteriores, para causar la reacción de decapado en la escala que es económicamente benéfica, la concentración de HF requerida fue generalmente más de 3%, preferiblemente más de 5%. HF es un químico costoso. El procedimiento descrito reduce la concentración de HF requerida sin un impacto negativo en los índices de producción al utilizar la energía de decapado adicional de Fe+3 para atacar de manera agresiva al Fe alrededor del óxido rico en Si y de este modo liberar/elevar el óxido del metal base de acero de Si.

El procedimiento utiliza la energía de oxidación de hierro férrico (Fe3+) para atacar el metal base. Un ejemplo de una fuente de hierro férrico es FeCI3 agregado al tanque de granallado. El ataque del metal base procederá mientras esté disponible un suministro constante de Fe3+ . El hierro ferroso resultante (Fe2+) puede oxidarse nuevamente a hierro férrico (Fe3+) mediante el uso de un oxidante químico tal como peróxido de hidrógeno, o cualquier otro oxidante. Además, el ácido clorhídrico (HCI) se agrega al tanque de decapado para mantener un suministro de iones de cloruro (CI") y el pH adecuado. La eliminación de óxido puede facilitarse mediante el ácido fluorhídrico (HF) que es útil para moler químicamente a través de las capas de sarro que contienen fayalita (FeSi03), óxido rico en silicio (Si02), o ambos.

El ácido fluorhídrico también ayuda en la disolución de silicatos y evita la precipitación de ácido silícico en el licor de decapado. Durante el decapado de aceros de silicio, el silicio que se elimina durante el decapado puede formarse en ácido silícico mediante la exposición al ácido clorhídrico. El ácido silícico puede formar una masa gelatinosa que puede atascar el acero decapado y los tanques decapados. El uso de HF en baja concentración ayuda a evitar la formación de ácido silícico.

La naturaleza de los óxidos y los tratamientos para eliminarlos del metal base dependen de la composición de aleación del metal base. Los aceros de carbono (sin fracciones importantes de adiciones de aleación) de los óxidos ricos en Fe y que son externos a la superficie del metal base. Estos óxidos se disuelven fácilmente por la mayoría de los ácidos como HCI, HN03, o H2S04 incluso sin los usos de pretratamiento mecánico tales como granallado. Los aceros inoxidables son ricos en cromo (Cr) y cuando se calientan forman óxidos ricos en Cr. El óxido rico en Cr es relativamente resistente/pasivo al ataque de la mayoría de los ácidos. Requiere el uso de la combinación de ácidos tales como HN03 y HF para eliminar completamente el óxido. La función del HF es despasivar el óxido rico en Cr protector y después dejar que los ácidos oxidantes tales como HNO3 disuelvan el metal base reducido con Cr. El ataque químico por el ácido en el metal base es autolimitante cuando se topa con el contenido de Cr nominal.

La naturaleza física del óxido en aceros de Si después del procesamiento caliente, tal como recocido, depende del contenido de Si en el acero. Los aceros de Si más altos (>2%) tienden a formar un óxido que es más externo al metal base. Los aceros de Si más bajos (>2%) tienden a formar un óxido que está en la subsuperficie del metal base. Es relativamente fácil eliminar el óxido externo con la combinación de granallado y decapado químico. El óxido de subsuperficie es más difícil de eliminar debido a su naturaleza incrustada.

En previos procedimientos, como en US 6,599,371 , H2O2 pueden rociarse en el acero. Parte del H202 convierte el Fe+2 en Fe+3, el resto se descompone sin ningún trabajo útil. El Fe+3 producido inmediatamente reacciona con el metal base para convertirse en Fe+2 para que ninguna cantidad importante de Fe+3 termine en el tanque. El procedimiento descrito requiere por lo menos 2% de Fe+3 en el tanque.

El sarro de óxido de hierro y hierro metálico se disuelven con HCI: FeO(wustita) + 2 HCI -? FeCI2 + H20 Fe203(magnetita) + 8 HCI? FeCI2 + 2 FeCI3 + 4 H20 Fe203(hematita) + 6 HCI? 2 FeCI3 + 3 H20 Fe°(hierro metálico) + 2 HCI? FeCI2 + H2 El hierro férrico (Fe3+) puede proporcionar un aumento de la escala de decapado debido a que es termodinámicamente más eficiente. El decapado férrico causa la disolución del hierro metálico en la solución sin formación de gas gas hidrógeno (H2). 2 FeCI3 + Fe0? 3 FeCI2 El procedimiento comprende por lo menos un tanque de decapado y puede comprender dos o tres tanques de decapado. Puede haber tanques adicionales en el procedimiento que se utilizan para enjuagar o limpiar el acero o para otras razones. Los tanques puede calentarse o enfriarse para mantener una temperatura deseada. En una modalidad, los tanques están entre aproximadamente 71.1 °C a aproximadamente 82.2°C. Los tanques pueden estar a diferentes temperaturas o a la misma temperatura.

En una modalidad, los tanques comprenden una mezcla de HCI, Fe2+, y Fe3+. La fuente del hierro férrico puede ser FeC , o alguna otra fuente de hierro férrico. El hierro puede suministrarse en el estado de oxidación ferrosa y oxidarse para producir hierro férrico. La fuente del hierro ferroso puede ser FeCb, o hierro metálico incluyendo el del acero de silicio mismo. El hierro puede suministrarse en un estado de oxidación diferente y oxidarse o reducirse para producir hierro ferroso. En una modalidad, el hierro ferroso se deriva del hierro férrico que se ha reducido mediante el procedimiento de decapado. En una modalidad, el hierro férrico se oxida a partir de hierro ferroso producido mediante el procedimiento de decapado.

En una modalidad, la cantidad de hierro férrico en cualquiera de los tanques varía de alrededor de 2% a aproximadamente 8%, o a aproximadamente 4%. La cantidad de hierro ferroso puede variar hasta aproximadamente 6%, o a aproximadamente 4%. La cantidad de hierro férrico y hierro ferroso en cada uno de los tanques puede ser diferente o la misma. En una modalidad, la cantidad total de los iones de hierro en los tanques no pueden exceder aproximadamente el 10%.

En una modalidad, la cantidad de HCI en cualquiera de los tanques varía de aproximadamente 6% a aproximadamente 15%, o a aproximadamente 10%. La cantidad de HCI en cada uno de los tanques puede ser diferente o la misma.

En una modalidad, la cantidad de HF en cualquiera de los tanques varía hasta aproximadamente 3%, de 0.5 a 2%, de 1 a 2% o a aproximadamente 1.5%. La cantidad de HF en cada uno de los tanques puede ser diferente o la misma.

En una modalidad, el peróxido de hidrógeno u otro oxidante, puede utilizarse para oxidar iones ferrosos con iones férricos que actúan como un agente de decapado. El procedimiento de oxidación se muestra en la ecuación 1. 2 FeCI2 + 2 HCI + H202? 2 FeCI3 + 2 H20 (eq. 1) En una modalidad, el oxidante utilizado para oxidar iones ferrosos en iones férricos puede ser peróxidos, tales como peróxido de hidrógeno; ácidos de peróxido, tales como ácido persulfúrico, sales de cloro tales como NaCI02 y NaCI03; o permanganatos. El oxidante puede agregarse directamente a cualquiera de los tanques o puede agregarse mientras la mezcla se vuelve a circular a uno o más de los otros tanques.

Los tanques pueden agitarse al pasar aire burbujeante a través de ellos o a través de otros medios de agitación. Los métodos de agitación son bien conocidos en la técnica.

Las cantidades de material medido en porcentaje son porcentajes en peso/volumen.

Mientras la presente invención se ha ilustrado por medio de la descripción de varias modalidades y mientras las modalidades ilustrativas se han descrito en detalles considerables, no es la intención del solicitante restringir o de alguna manera limitar el alcance de las reivindicaciones anexas a tal detalle. Las ventajas y modificaciones adicionales serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica.

EJEMPLOS EJEMPL0 1 Decapado férrico El acero de silicio (Si al 1.6%) se cortó en cupones muestra de 2.54 x 5.08 cm de tamaño. El acero se recoció y se granalló antes de cortarlo en cupones. Cada cupón se sumergió en cada vaso de precipitado durante 18 segundos para imitar un tratamiento con equipo de decapado continuo. Entre el sumergido de los cupones en cada vaso de precipitado, los cupones se sumergieron en un vaso de precipitado intermedio durante 3 segundos para imitar la aspersión. Cada esquema se repitió tres veces y la pérdida de peso promedio se calculó y extrapoló por tonelada. El cuadro 1 muestra las condiciones de decapado para los cupones de metal y la pérdida de metal correspondiente.

CUADRO 1 Tratamiento de decapado de cupones y la pérdida de metal correspondiente Esquema Vaso de Aspersión Vaso de Aspersión Vaso de Pérdida precipitado precipitado precipitado de peso #1 #2 #3 (kg/ton) A HCI al 12% agua HCI al agua HCI al 1.6 HF al 7% 12% 12% 76.6°C 76.6°C 76.6°C B HCI al 12% H202 al HCI al H202 al HCI al 6.2 HF al 7% 3% 12% 3% 12% 76.6°C 76.6°C 76.6°C C HCI al 6% agua HCI al agua HCI al 6.7 FeCI3 al 4% 12% 12% FeCI2 al 2% 76.6°C 76.6°C 60°C D HCI al 6% agua HCI al 6% agua HCI al 9.3 FeCI3 al 4% FeCI3 al 12% FeCI2 al 2% 4% 76.6°C 60°C FeCI2 al 2% 60°C EJEMPLO 2 El acero de silicio laminado en caliente (Si al 1.8% y Si al 3.25% en la Prueba A), (Si al 1.8%, Si al 3% y Si al 3.25% en la Prueba B) y (Si al 3% en la Prueba C) se procesó en la prueba en tres ocasiones en un equipo de decapado continuo. El acero de silicio se decapó en tres tanques. Cada tanque se cargó con los reactivos mostrados en el Cuadro 2.

CUADRO 2 Volúmenes de carga de tanque de decapado Prueba Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 38% HCI al HF al 38% HCI al HF al 70% HCI al FeCI3 36% 70% FeCI3 36% (gai) 36% (gal) (gal) (gal) (gal) (gal) (gal) A 1146 1401 35 1146 1401 35 1401 B 1008 893 125 1008 893 125 1401 C 1008 893 125 1008 893 125 1401 Después de la configuración inicial, las concentraciones de los tanques se mantuvieron al filtrarse en los químicos requeridos y permitiendo que los tanques rebosaran. Únicamente la concentración de HCI se controló en el tanque 3 al agregar HCI adicional. Cualquier otro compuesto en el tanque 3 no se monitoreó. Se mantuvo la temperatura de cada tanque. Las condiciones promedio durante las pruebas se muestran en el Cuadro 3. La pérdida de metal promedio debido al decapado se calculó a partir de los datos de uso químico y el decapado de los análisis de fluido.

CUADRO 3 Condiciones promedio del tanque durante las pruebas Pérdida de peso Prueba Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 promedio (kg/ton) %HCI = 12.38 %HCI = 10.64 %HF = 0.68 %HF = 0.63 %HCI = 6.57 %Fe2+ = 2.31 %Fe2+ = 1.92 A %Fe2+ = 1.23 5.57 %Fe3+ = 3.85 %Fe3+ = 4.07 T, °C = 76.6 T, °C = 63.8 T, °C = 73.3 %HCI = 10.82 %HCI = 10.72 %HF = 2.18 %HF = 2.61 %HCI = 9.30 B %Fe2+ = 2.49 %Fe2+ = 1.76 %Fe2+ = 2.01 8.18 %Fe3+ = 4.34 %Fe3+ = 3.81 T, °C = 76.6 T, °C = 77.7 T, °C = 77.7 %HCI = 10.08 %HCI = 10.82 %HF = 1.95 %HF = 2.12 %HCI = 10.71 C %Fe2+ = 2.05 %Fe + = 2.05 %Fe2+ = 2.15 7.62 %Fe3+ = 3.36 %Fe3+ = 4.47 T, °C = 76.6 T, °C = 74.4 T, °C = 77.2 EJEMPLO 3 Los aceros de silicio laminados en caliente con niveles de variación de Sí se procesaron en un recocido y un equipo de decapado continuos. Los aceros de silicio se decapó en tres tanques. La química de decapado para cada uno de los aceros de Si en cada uno de los tanques se muestra en el Cuadro 4. Las concentraciones de los tanques se mantuvieron mediante filtración en los químicos requeridos y permitiendo que el fluido de filtración caiga en cascada del tanque 1 al tanque 2 al tanque 3 y después vuelva a circular el fluido de regreso al tanque 1. Se inyectó una cantidad controlada de peróxido de hidrógeno en la tubería de recírculación para convertir los iones ferroso en férricos. Las condiciones promedio para el tanque 1 y tanque 2 durante el procesamiento se muestran en el Cuadro 4.

CUADRO 4 Condiciones promedio de los tanques durante el procesamiento de las condiciones de decapado tipo acero de silicio Condiciones de tipo acero de silicio decapado %HCI = 10.5-11 %HF= 1.14-1.56 No orientado %Fe2+ = 3.8 - 4.8 (Si al 1.8%) %Fe3+ = 3.4 - 2.6 T, °C = 71.1 -82.2 %HCI = 9.85-10.60 %HF = 0.77 -1.23 Tipo-1 orientado %Fe2+ = 4.2 - 5.3 (Si al 3.25%) %Fe3+ = 2.8 - 3.6 T, °C = 71.1 -82.2 %HCI = 10.1 -10.8 %HF = 0.84 -1.25 Tipo-2 orientado %Fe2+ = 4.3-5.0 (Si al 3%) %Fe3+ = 3.5-2.8 T, °C = 71.1 -82.2

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para decapar acero de silicio que comprende tratar el acero de silicio con una mezcla que comprende HCI, HF, Fe3+ y Fe2+; en donde la concentración es menor que 3%; y en donde la concentración de Fe3+ no es menor a aproximadamente 2%.

2. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la concentración del Fe3+ es de aproximadamente 2% a aproximadamente 8%.

3. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la concentración del HCI es de aproximadamente 6% a aproximadamente 15%.

4.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la concentración de HF es de aproximadamente 1 a 2%.

5. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la concentración de HF es de aproximadamente 1.5%.

6. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la concentración del Fe2+ es menor a aproximadamente 6%.

7. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el peróxido de hidrógeno no se asperja en el acero.

8. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el acero se decapa en una manera continua.

9. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la temperatura de la mezcla no es menor a aproximadamente 60°C.

10. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la temperatura de la mezcla no es menor a aproximadamente 65.5°C.

1 1. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el acero de silicio comprende silicio a menos del 2%.

12 - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el acero de silicio comprende silicio a menos del 3%.

13.- Un procedimiento de decapado para el silicio que contiene acero eléctrico que comprende los pasos de: colocar el material a tratar en un tanque de decapado mantenida a una temperatura que varía de aproximadamente 73.8°C a aproximadamente 82.2°C que contiene una mezcla que comprende Fe3+, HF, y HCI; donde el tanque se agita, la mezcla se suministra continuamente o periódicamente con un oxidante, HF y HCI.