PL174092B1 - Sposób i urządzenie do produkcji drutu miedzianego - Google Patents

Abstract

1. Sposób produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjsciowym drucie miedzianym polega na tym, ze przeprowadza sie wyjsciowy drut miedziany na walkach napedowych przez kapiel cieczy elektrolitycznej z rozpuszczona w niej miedzia, który to drut miedziany przeprowadza sie przez kapiel za pomoca walków napedowych, przy czym kazda para walków napedowych jest umieszczona na zewnatrz po przeciwnych stronach kapieli a drut miedziany przeprowadza sie przez równolegle kanaly umieszczone w pewnej odleglosci od siebie, utworzone przez wiele anod umieszczonych w pewnej odleglosci od siebie i równolegle do siebie w kapieli, prowadzi sie ciagle wyciaganie drutu z kapieli po przejsciu kazdego kanalu i ponownym wprowadzeniu drutu wiele razy do kapieli i miedz osadza sie elektrolitycznie na drucie po przeprowadzaniu tego drutu przez odpowiedni kanal pomiedzy walkami napedowymi; przy czym kierunek ruchu drutu przez kapiel odwraca sie po kazdym wyciagnieciu i ponownym wprowadzeniu drutu do kapieli; jednoczesnie doprowadza sie prad elektryczny do drutu wyjsciowego i do anod tak, ze drut dziala jako katoda, a jony miedzi osadza sie elektrolitycznie na drucie powodujac stopniowy wzrost przekroju poprzecznego i prowadzi sie ciagle wyciaganie pogrubionego drutu miedzianego z kapieli, gdy drut miedziany osiagnie pozadana grubosc, znamienny tym, ze przeprowadza sie jednoczesnie przez kapiel co najmniej dwa wyjsciowe druty miedziane, przy czym drut mocuje sie tylko do jednej pary naprzeciwko siebie umieszczonych walków napedowych i przeprowadza sie go przez kanal pomiedzy tylko jedna para walków napedowych, przy czym wyjsciowe druty miedziane przeprowadza sie przez kapiel albo na tej samej parze naprzeciwko siebie umieszczonych walków napedowych lub na róznych odpowiednich parach z wielu par naprzeciwko siebie umieszczonych walków napedowych. 10. Urzadzenie do produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjsciowym drucie miedzianym zawierajace, zbiornik do przetrzymywania elektrolitycznej kapieli, ustawione w pewnej odleglosci od siebie i równolegle do siebie anody umieszczone w kapieli tworzace kanaly na dlugosci zbiornika; walki napedowe umieszczone na zewnatrz po obu stronach zbiornika dla przeprowadzenia miedzianego drutu przez kanaly, przy czym anody i miedziany drut sa polaczone do zródla pradu, krazki odwijajace do doprowadzania wyjsciowego drutu miedzianego na walki napedowe, przy czym drut jest nawijany w staly sposób na walki napedowe 1 przeciagany, tam 1 z powrotem pomiedzy nimi przez zbiornik 1 beben odbierajacy do odbierania drutu miedzianego pokrytego elektrolitycznie miedzia, znamienny tym, ze dwóm zestawom, z których kazdy zawiera krazek odwijajacy (17) i krazek odbierajacy (20) odpowiadaja dwa walki napedowe (14) umieszczone naprzeciwko siebie w zbiorniku (10). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do produkcji drutu miedzianego.

Wynalazek dotyczy elektrolitycznego procesu pogrubiania drutu prowadzonego w sposób ciągły na skalę przemysłową, a zwłaszcza sposobu i urządzenia do elektrorafinacji

174 092

Iub elektrolitycznego otrzymywania metali, zwłaszcza miedzi, poprzez elektrolityczne osadzanie metalu w trakcie procesu na metalowym drucie wyjściowym.

Stosowany w całym przemyśle konwencjonalny sposób produkcji drutu miedzianego jest zapoczątkowywany przy użyciu arkuszy czystej miedzi zwanych powszechnie katodami, które mają kształt kwadratu o boku 1000 mm i grubości około 15 mm. Katody są wytwarzane w procesach elektrorafinacji lub elektrolitycznego otrzymywania metali poprzez elektrolityczne osadzanie czystej miedzi na cienkich wyjściowych arkuszach rafinowanej miedzi lub na takim metalu jak nierdzewna stal, z którego osad jest potem usuwany. Te wyjściowe arkusze, których bok ma również wymiary około 1000 mm, ale ich grubość wynosi około 1 mm powinny być okresowo wprowadzane do elektrolizerów w miarę wyjmowania rafinowanych płyt katodowych o zwiększonej grubości jako produkt końcowy, przy czym w obu przypadkach wykonuje się to ręcznie. Ponadto elektroliza przebiega na ogół przy małej gęstości prądu, która jest określana jako natężenie prądu doprowadzanego do elektrolizerów rozkładające się na całej zanurzonej powierzchni wszystkich wprowadzonych wyjściowych płyt katodowych (katodowa gęstość prądu), lub jest określana w procesach elektrolitycznego otrzymywania metali jako zwilżona powierzchnia anod z surowej miedzi (gęstość prądu anodowego). Małe gęstości są na ogół nieskuteczne, ponieważ ilość osadzonej miedzi jest wprost proporcjonalna do ilości doprowadzonego prądu. Niemniej jednak nie stosuje się na ogół wyższych gęstości prądu w obecnym stanie techniki dla zwiększenia przerobu i zmniejszenia kosztów produkcji jednostkowej miedzi, ponieważ jakość metalu otrzymywanego tą drogą w konwncjonalnych elektrolizerach byłaby niższa i/lub uzyskany produkt charekteiyzowałby się niepożądaną chropowatością.

W celu wykorzystania ich do produkcji drutu, katody muszą być wtedy przetapiane, odlewane i walcowane na gorąco w innym kompleksowym zakładzie aby wyprodukować pręt, którego średnica zazwyczaj wynosi 7,94 mm. Pręt ten jest następnie przetwarzany na drut, np. drut elektrotecłmiczny. Pierwszy etap tego procesu polega na wstępnym walcowaniu pręta, podczas którego pręt jest ciągniony na zimno do uzyskania rozmiaru nr 14 według znormalizowanego szeregu średnic drutu (1,628 mm). Drut pośredni uzyskany po wstępnym walcowaniu pręta jest ponownie ciągniony na zimno do uzyskania wymiaru produktu końcowego. Podczas procesu ciągnienia na zimno drut musi być poddawany okresowemu wyżarzaniu.

Tak więc konwencjonalna metoda produkcji drutu miedzianego zapoczątkowana procesami elektrorafinacji lub elektrolitycznego otrzymywania metalu jest bardzo energochłonna i wiąże się z wysokimi kosztami robocizny i nakładami inwestycyjnymi. Procesy przetapiania, odlewania i walcowania na gorąco powodują również dodatkowe utlenianie produktu i potencjalne zanieczyszczenie go ciałami obcymi, na przykład minerałami refrakcyjnymi lub materiałem, z którego wykonane są walce, co może być przyczyną problemów przy ciągnieniu drutu na skutek jego zrywania.

W obecnym stanie techniki usiłowano wyeliminować problemy występujące w konwencjonalnych metodach produkcji drutu i pręta poprzez stosowanie ciągłych procesów elektrolitycznych, w których wyjściowy drut z czystej miedzi jest pogrubiany na drodze przepuszczania go jako katody przez elektrolizer zawierający elektrolit i stosowania anod z zanieczyszczonej miedzi lub ołowiu. Na przestrzeni szeregu lat wydano wiele patentów dotyczących tej dziedziny, ale w dalszym ciągu istnieje potrzeba bardziej wydajnych procesów i urządzenia do elektrolitycznej produkcji drutu, które są możliwe do zrealizowania z przemysłowego i ekonomicznego punktu widzenia.

Patent U. S. A. nr 1 058 048 opisuje elektrolityczne osadzanie miedzi na drucie przez wprowadzanie do elektrolizera drutu w postaci ciągłego szeregu zamkniętych przesuwnych pętli.

Patent U. S. A. nr 4 097 354 ujawnia ciągłe elektrolityczne nakładanie metalu za pomocą ruchomych katod i anod w kształcie arkuszy lub płyt.

174 092

Patent Wielkiej Brytanii nr 1 172 906 jest ukierunkowany na produkcję drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzania w ciągłym procesie obejmującym ciągłe formowanie wydłużonego elementu przez elektrolityczne osadzanie metalu na powierzchni ruchomej katody, usuwanie elementu z powierzchni katody i przepuszczanie go przez elektrolit w pobliżu anod w celu zwiększenia jego grubości.

Patent Wielkiej Brytanii nr 1 398 742 przedstawia ciągły proces elektrolitycznego osadzania miedzi na drucie, w którym drut prowadzony jest jako katoda w kąpieli przez szereg wałków wyznaczających odpowiedni tor, a po wyjściu z kąpieli przepuszczany przez środki płuczące.

Patent U. S. A. nr 4 196 059 ujawnia sposób i urządzenie do ciągłego wprowadzania oddzielnych cienkich drutów miedzianych pełniących funkcję katod wyjściowych lub powierzchni nośnej w celu jednokrotnego przejścia przez elektrolizer do rafinacji bloków anodowych z zanieczyszczonej miedzi pogrubiając przez to wspomniane druty dzięki elektrolitycznemu osadzaniu metalu do pręta o dużej średnicy (około 20 mm). Patent zastrzega, że proces ten może być doprowadzony przy dużych gęstościach prądu bez zanieczyszczania prętów z rafinowanej miedzi zanieczyszczeniami zazwyczaj występującymi w osadach szlamu anodowego.

Patent U. S. A. nr 4 395 320 również ujawnia urządzenie do elektrolitycznego nakładania metali przeznaczone do pogrubiania drutu, składające się z kaskadowo usytuowanych kąpieli oddzielonych wałkami dociskającymi pogrubiany drut w celu wygładzenia nierówności jego powierzchni spowodowanych stosowaniem dużych gęstości prądu w procesie elektrolizy.

Patent U. S. A. nr 3 676 322 ujawnia urządzenie i sposób do ciągłej produkcji powlekanego elektrolitycznie drutu polegający na wielokrotnym zanurzaniu i wyjmowaniu pojedynczego drutu z elektrolitu znajdującego się w elektrolizerach umieszczonych miedzy zewnętrznymi rolkami prowadzącymi. Rolki przeciągają krokowo drut w sposób ciągły przez elektrolizery tam i z powrotem między rolkami prowadzącymi, przy czym w celu realizacji powlekania elektrolitycznego drut spełnia rolę katody i anody.

Patent U. S. A. nr 4 891 105 przedstawia sposób i urządzenie do pogrubiania pojedynczego drutu przeprowadzonego wielokrotnie, wokół przewodzącego prąd elektryczny, zewnętrznych wałków napędowych tak, aby utworzył on w zbiorniku co najmniej dwie przegrody z drutu. W trakcie pogrubiania drut jest wielokrotnie przeciągany w przeciwnych kierunkach przez szereg wzdłużnie usytuowanych kanałów biegnących w przeciwnych kierunkach.

Patent U. S. A. nr 3 929 610 przedstawia eletrolityczne formowanie splotów metalu o nieskończonej długości przez ciągłe elektrolityczne osadzanie metali na przewodzącej prąd taśmie posiadającej wąską powierzchnię galwanizacyjną w kształcie zamkniętej pętU.

Patent U. S. A. nr 4 053 377 nie dotyczy produkcji drutu ale budzi zainteresowanie przedstawiając elektrolityczne osadzanie miedzi na katodzie w warunkach laminarnego przepływu elektrolitu uzyskanego za pomocą przekroju zwężkowego i pojedynczego zespołu katody i anody.

Celem wynalazku jest sposób elektrolitycznej produkcji drutu miedzianego.

Celem wynalazku jest urządzenie do elektrolitycznej produkcji drutu miedzianego.

Sposób produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjściowym drucie miedzianym polega na tym, że przeprowadza się wyjściowy drut miedziany na wałkach napędowych przez kąpiel cieczy elektrolitycznej z rozpuszczoną w niej miedzią, który to drut miedziany przeprowadza się przez kąpiel za pomocą wałków napędowych, przy czym każda para wałków napędowych jest umieszczona na zewnątrz po przeciwnych stronach kąpieli a drut miedziany przeprowadza się przez równoległe kanały umieszczone w pewnej odległości od siebie utworzone przez wiele anod umieszczonych w pewnej odległości od siebie i równolegle do siebie w kąpieli; prowadzi się ciągłe wyciąganie drutu z kąpieli po przejściu każdego kanału i ponownym

174 092 wprowadzeniu drutu wiele razy do kąpieli i miedź osadza się elektrolitycznie na drucie przy przeprowadzaniu tego drutu przez odpowiedni kanał pomiędzy wałkami napędowymi; przy czym kierunek ruchu drutu przez kąpiel odwraca się po każdym wyciągnięciu i ponownym wprowadzeniu drutu do kąpieli; jednocześnie doprowadza się prąd elektryczny do drutu wyjściowego i do anod tak, że drut pracuje jako katoda, a jony miedzi osadza się elektrolitycznie na drucie powodując stopniowy wzrost przekroju poprzecznego i prowadzi się ciągłe wyciąganie pogrubionego drutu miedzianego z kąpieli, gdy drut miedziany osiąga pożądaną grubość według wynalazku polega na tym, że przeprowadza się jednocześnie przez kąpiel co najmniej dwa wyjściowe druty miedziane, przy czym każdy drut mocuje się tylko do jednej pary naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych i przeprowadza się go przez kanał pomiędzy tylko jedną parą wałków napędowych, przy czym wyjściowe druty miedziane przeprowadza się przez kąpiel albo na tej samej parze naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych lub na różnych odpowiednich parach z wielu par naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych lub na różnych odpowiednich parach z wielu par naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych.

Korzystnie płucze się wodą pogrubiony drut lub druty wyjęte z kąpieli i wykorzystuje się wodę popłuczną do płukania zewnętrznych wałków napędowych.

Korzystnie prowadzi się stałą kontrolę wymiarów pogrubionego drutu podczas wyjmowania go z kąpieli.

Korzystnie prowadzi się stałą kontrolę przewodności elektrycznej pogrubionego drutu podczas wyjmowania go z kąpieli.

Korzystnie pogrubione elektrolitycznie druty ciągnie się i/lub wyżarza się przy użyciu jako środka smarującego lub chłodzącego roztworu zawierającego pewne reagenty Iub dodatki zazwyczaj wprowadzane do elektrolitu podczas elektrolitycznej rafinacji lub elektrolitycznego otrzymywania miedzi.

Korzystnie drut pogrubia się od 25% do 200% ciężaru drutu wyjściowego.

Korzystnie stosunek średnicy wałka do powiększonej grubości powłoki galwanicznej jest większy niż około 100.

Korzystnie stosunek gęstości prądu katodowego do gęstości prądu anodowego jest mniejszy niż około 15.

Korzystnie tak wytworzony drut po przeciągnięciu i wyżarzeniu wprowadza się ponownie do kąpieli elektrolitycznej w celu pogrubienia go do wymaganego ostatecznego wymiaru.

Urządzenie do produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjściowym drucie miedzianym zawierające: zbiornik do przetrzymywania elektrolitycznej kąpieli, ustawione w pewnej odległości od siebie i równolegle do siebie anody umieszczone w kąpieli tworzące kanały na długości zbiornika; wałki napędowe umieszczone na zewnątrz po obu stronach zbiornika dla przeprowadzenia miedzianego drutu przez kanały, przy czym anody i miedziany drut są podłączone do źródła prądu; krążki odwijąjące do doprowadzania wyjściowego drutu miedzianego na wałki napędowe, przy czym drut jest nawijany w stały sposób na wałki napędowe i przeciągany, tam i z powrotem pomiędzy nimi przez zbiornik i bęben do odbierania drutu miedzianego pokrytego elektrolitycznie miedzią; według wynalazku charakteryzuje się tym, że dwóm zestawom, z których każdy zawiera krążek odwijający i krążek odbierający odpowiadają dwa wałki napędowe umieszczone naprzeciwko siebie w zbiorniku.

Korzystnie zbiornik posiada na swych końcach podwójne ścianki z otworami umieszczonymi w ściankach dla przeprowadzenia drutów przez nie, zaś wałki napędowe są umieszczone tak, aby zapewnić zasadniczo równoległą drogę przesuwu drutu w kanale zbiornika.

Korzystnie anody są umieszczone w pewnej odległości od siebie tworząc pojedynczy rząd anod na długości drutu, gdy drut przechodzi przez zbiornik.

174 092

Korzystnie urządzenie posiada podwójny rząd anod umieszczonych w pewnej odległości od siebie pomiędzy długościami drutu przechodzącego przez zbiornik z wyjątkiem kanałów sąsiadujących z bocznymi ściankami aby utworzyć pojedynczy rząd anod na długości drutu gdy drut przechodzi przez zbiornik.

Korzystnie pomiędzy wałkami napędowymi a zbiornikiem są umieszczone pomocnicze zbieżne wałki dla zmiany toru pomiędzy drutem w zbiorniku i zmniejszenia odległości pomiędzy torami drutu.

Korzystnie anody są oddzielone nieprzewodzącymi taśmami.

Korzystnie dielektryczna rura kablowa jest umieszczona w pierwszym kanale dla każdego wyjściowego drutu tak, że drut jest przeprowadzony przez dielektryczną rurę kablową.

Korzystnie nieprzewodzące osłony w kształcie odwróconego U są umieszczone pionowo wokół poziomych torów drutów w każdym kanale w zbiorniku.

Korzystnie zbiornik posiada pionową podporę z otworami, przez które przeprowadzane są druty.

Korzystnie na wierzchu zbiornika jest umieszczona termiczna pokrywa.

Korzystnie urządzenie zawiera wiele par wałków napędowych, zaś w ściankach zbiornika znajduje się szczelina umożliwiająca demontaż wałków napędowych i drutów ze zbiornika.

Korzystnie wałki napędowe mają rowki.

Korzystnie urządzenie zawiera co najmniej trzy pary wałków napędowych i wałki napędowe są umieszczone w układzie trójkątnym.

Korzystnie urządzenie posiada szereg zestawów wałków napędowych i wałki napędowe są umieszczone w układzie wielokątnym.

Inne cele i zalety wynalazku wynikają z poniższego opisu, który dla wygody, będzie odniesiony do pogrubiania drutu miedzianego miedzią.

Reasumując zgłaszający stwierdził obecnie, że drut jako materiał wyjściowy może skutecznie i efektywnie być pogrubiony elektrolitycznie za pomocą urządzenia, przez które drut jest przenoszony poziomo w postaci pionowych przegród i które posiada szereg usprawnień w stosunku do stanu techniki.

W jednym przykładzie wykonania zastosowano co najmniej jeden zestaw lub dwa zewnętrzne wałki napędowe usytuowane na przeciwległych końcach zbiornika, które to wałki przenoszą co najmniej dwa druty wielokrotnie zanurzane i wyciągane ze specjalnie skonstruowanego elektrolizera z wymaganą prędkością i/lub przy wymaganej gęstości prądu i/lub liczby przejść, aż do momentu uzyskania pożądanego wymiaru pogrubionego drutu.

W innym przykładzie wykonania zastosowano szereg zestawów zewnętrznych wałków napędowych z umieszczonym na nich pojedynczym drutem lub wieloma drutami wyjściowymi przeznaczonymi do pogrubiania. Zarówno w przykładzie wykonania z jednym jak i wieloma wałkami można zastosować zbieżne wałki w celu zmiany drogi drutu oraz poziomego umieszczenia przegród z drutu w mniejszej odległości od siebie. W innym przykładzie wykonania zastosowano zbieżne rolki do drutu w połączeniu z wieloma zestawami specjalnie rozmieszczonych zewnętrznych wałków napędowych, np. w układzie czworokątnym lub trójkątnym, przez co taki przykład wykonania pozwala zmniejszyć wielkość elektrolizera potrzebnego do obróbki określonej liczby drutów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku z góry urządzenie do elektrolitycznego powlekania drutu miedzianego i produkcji pogrubionego drutu, w pierwszym przykładzie wykonania; fig. 2 urządzenie z fig. 1 w widoku z boku w przekroju poprzecznym wzdłuż linii 2 - 2 z fig. 1; fig. 3 urządzenie według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania; zaś fig. 4 przedstawia w widoku z góry przykład wykonania urządzenia przedstawiający tylko zbieżne rolki, drut i szereg zewnętrznych wałków napędowych rozmieszczonych w układzie trójkątnym, a fig. 5 przedstawia w widoku z góry przykład wykonania pokazujący szereg zewnętrznych

174 092 wałków napędowych, w którym wykorzystano wałki zbieżne i wałki napędowe rozmieszczone w układzie wielokątnym w stosunku do osi elektrolizera.

Obecny wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do ciągłej produkcji pogrubionego drutu przez elektrolityczne osadzanie metalu na katodowym drucie wyjściowym z wykorzystaniem zanieczyszczonego metalu lub materiałów obojętnych, i dla wygody określany jako miedź metaliczna lub miedziany drut wyjściowy.

Na fig. 1 i 2 pokazano w widoku w przekroju z góry i z boku jeden przykład wykonania urządzenia według wynalazku. Przykłady wykonania pokazane na figurach mają jedynie charakter orientacyjny, ale rysunki i towarzyszący opis przedstawiają zasady obecnego wynalazku. Podobne oznaczenia numeryczne oznaczają takie same elementy na wszystkich figurach.

Elektrolizer 10 jest wykonany z odpowiedniego materiału, na przykład PCW, twardego polietylenu, poliestru zbrojonego włóknami lub innych materiałów syntetycznych i betonu polimerowego. Elektrolizer 10 posiada ścianki końcowe 10a i 10b oraz wewnętrzne ścianki 10a' i 10b' i zawiera elektrolityczną kąpiel 11 (elektrolit). Korzystnym materiałem konstrukcyjnym jest beton polimerowy. Anody 12 (pokazane w grupach po cztery) są rozmieszczone w rzędach, jak ilustruje fig. 1, tworząc ciągłe równoległe kanały 16 dla przepuszczania przez elektrolizer drutu 13 (pokazanego w postaci czterech (4) oddzielnych drutów 13a, 13a', 13b i 13b'). Anody 12 mogą mieć różną wysokość dla skompensowania zwisu drutu 13 w zbiorniku elektrolizera. W celu maksymalnego ograniczenia możliwości zwarć spowodowanych zetknięciem się drutu 13 z anodą 12 można zastosować nieprzewodzące oddzielające środki np. taśmy 27 umieszczone na anodzie 12, które zazwyczaj, w zależności od wymiarów kanału 16, mają grubość dochodzącą do 2,5 cm. Taśmy 27 mogą być rozmieszczone w dowolny sposób na anodzie - zazwyczaj pionowo lub powyżej i poniżej przegrody z drutu w celu oddzielania anod 12 od drutu. Taśmy 27 pokazano na fig. 1 i 2. Mogą być również stosowane, znane ze stanu techniki, anody koszykowe. Między drutem 13 i anodami 12 można umieszczać membrany w celu ograniczenia do minimum zanieczyszczenia drutu osadem i/lub gazem. Zbiorcza anodowa szyna 23 i łączące pręty 23a zapewniają dopływ prądu do anod 12 i korzystnie mogą być wyjmowane wraz z podporami 24 anod 12 w celu umożliwienia wyjęcia drutu 13, czyszczenia elektrolizera, naprawy zerwanego drutu, itd. Na fig. 1 przedstawiono jeden elektrolizer, a w przypadku stosowania szeregu elektrolizerów grupy Iub zespoły każdego elektrolizera mogą być łączone równoległe w elektryczne obwody w celu umożliwienia dokonywania napraw poszczególnych elektrolizerów lub wyposażenia pomocniczego.

Druty 13a, 13a', 13b i 13b' z czystej miedzi są wielokrotnie przepuszczane przez elektrolizer 10 i wokół zestawów przewodzących prąd wałków 14 (pokazanych jako dwa zestawy wałków 14a i 14a' oraz 14b i 14b') tworząc cztery przegrody 25 z drutów. Jak pokazują fig. 1 i 2 oddzielne druty 13a i 13b są pionowo rozmieszczone na zestawie wałków 14a i 14b, zaś oddzielne druty 13a' i 13b' są pionowo rozmieszczone na zestawie wałków 14a' i 14b'. Przewodzące prąd wałki mogą być napędzane niezależnie przez silniki 28 (pokazane jako silniki 28a i 28b). Walki mogą być wyposażone w rowki, które poza innymi zaletami, posiadają tę, że ułatwiają wyjmowanie drutu i wałków z elektrolizera jako jednego integralnego zespołu w celu dokonywania napraw zerwanego drutu, uruchamiania procesu itd. Podstawowe wyjściowe miedziane druty 13a, 13a', 13b i 13b' funkcjonują jako katoda i są doprowadzane na obrotowe wałki 14a, 14a' 14b i 14b' krążków odwijających 17 (oznaczonych jako 17a i 17b, przy czym 17a' i 17b' nie są pokazane), korzystnie skręcone w powietrzu w celu nadania im osiowego ruchu obrotowego, i w ten sposób wprowadzane do elektrolizera i z niego wyciągane przez ścianki 10a, 10a', 10b i 10b'. Elektrolizer z podwójnymi ściankami pokazany na fig. 1 i 2 umożliwia przepływ elektrolitu 11 przez ścianki 10a' i 10b', chwytanie go między podwójną ścianką i zawaracanie, np. rurami 18 do elektrolizera 10. Osad i/lub elektrolit 11 może być usuwany rurą 19, przy czym za pomocą zaworów 22

174 092 kontrolowany jest przepływ elektrolitu 11 lub osadu do komory regeneracji i/lub oczyszczania, lub zawracanie do elektrolizera 10. Pokazany elektrolizer 10 posiada dno ze spadkiem, co ułatwia zbieranie i usuwanie osadu. Druty pogrubione w efekcie elektrolizy są zdejmowane z wałków 14 (oznaczonych jako 14a, 14a', 14b i 14b') i zwijane w kręgi lub nawijane na bębny na nawijarce 20 (oznaczonej jako 20a, 20a', 20b i 20b'), przy czym mogą być poruszane tymi samymi silnikami 28a, 28b, które napędzają wałki na odpowiednich końcach elektrolizera.

Ścianki 10a, 10a', 10b i 10b' elektrolizera posiadają otwory 15, których rozmieszczenie i wielkość są dowolne, umożliwiające przechodzenie przez nie drutu 13. W przypadku drutu o przekroju kołowym otwory 15 będą zazwyczaj również kołowe o wymiarach umożliwiających przechodzenie drutu bez tarcia. W niektórych przypadkach jednak pożądane jest polepszenie obiegu elektrolitu 11 w elektrolizerze, np. w celu ograniczenia do minimum zasięgu warstwy dyfuzyjnej i tym samym ograniczenia oddziaływania prądu i wówczas otwory 15 w ściankach 10a' i 10b' mają specjalnie dobrane wymiary, aby umożliwić przepływ elektrolitu 11 z regulowanym natężeniem. Wielkość otworów 15 może na przykład rosnąć od dna elektrolizera 10 do jego wierzchu w celu wytworzenia w elektrolizerze przepływu o jednorodnym charakterze. Faza rozdzielająca drut i elektrolit również może ulegać zaburzeniom, np. wibracjom rezonansowym wywoływanym przez druty tworzące przegrody. Zamiast nieciągłych otworów można również zastosować w wewnętrznych ściankach 10a' i 10b' szczelinę, której szerokość może również rosnąć w kierunku wierzchu zbiornika dla utrzymania równomiernego przepływu elektrolitu. W przypadku przykładów wykonania, w których drut i zewnętrzne wałki napędowe mogą być wyjmowane z elektrolizera jako jeden zespół, jak wspomniano powyżej, w ściankach 10a, 10a', 10b i 10b' wykonane będą szczeliny ułatwiające wyjęcie ich z elektrolizera.

Inną cechą wynalazku jest uniemożliwienie elektrolitycznego osadzania się miedzi na drucie 13 dotąd, dopóki drut nie zostanie starannie oczyszczony, na przykład pod działaniem elektrolizy, np. w efekcie jednego lub kilku przejść przez elektrolizer 10. Można to na przykład osiągnąć przepuszczając każdy drut 13, wprowadzany do elektrolizera 10, przez dielektryczny przewód (rurę) umieszczony w elektrolizerze 10 lub przepuszczając drut powyżej lub poniżej czynnej powierzchni anody.

Podnośnik stosowany do wymiany skorodowanych (zużytych) anod nie został pokazany na rysunku. Odnośnie wymiany anod korzystnie jest zabezpieczyć katodę utworzoną przez przegrody z drutu 25 osłaniając je podczas operacji wymiany na przykład przez nasuniecie na przegrody z drutu nieprzewodzących osłon w kształcie odwróconego U.

Figura 3 przedstawia przykład wykonania wynalazku, gdzie przeznaczone do pogrubienia druty są przeprowadzone wokół dodatkowych zbieżnych rolek 30, których zadaniem jest wyrównywanie naprężenia drutów i zmiana kierunku drutów, a w konsekwencji zmiana odstępów drutów 13 w elektrolizerze 10 względem anod 12 i bocznych ścianek 31 elektrolizera. W wielu procesach pożądany jest mały odstęp miedzy anodą 12 i drutem 13, np. dla obniżenia zużycia energii elektrycznej potrzebnej do wyprodukowania jednostkowej ilości powłoki miedzi przez maksymalne zmniejszenie spadku napięcia w kąpieli. Zbieżne rolki 30 mogą być przesuwane lub wymieniane na rolki o innych wymiarach, aby umożliwić regulację odstępów między katodą i anodą. Odstępy mogą być również regulowane przez umieszczanie anod na anodowych podporach 24. W jednym przykładzie wykonania można zastosować podwójne rzędy anod 26 (jak pokazuje fig. 3) w celu utworzenia kanałów 16, przy czym każdy rząd jest usytuowany z boku względem przegród z drutu w celu uzyskania maksymalnej wydajności prądowej. Anody mogą być również przemieszczane w trakcie procesu w celu utrzymania pożądanego odstępu między anodą i katodą. Taki zmienny odstęp między anodą i katodą daje również efekt w postaci mniejszego nagrzewania oporowego powodującego wzrost temperatury elektrolitu.

174 092

Jednak w przypadku, gdy zastosowana gęstość prądu i/lub opór elektryczny kąpieli mają stosunkowo małe wartości, elektrolit, na skutek ucieczki ciepła do otaczającego powietrza na drodze konwekcji, ulega schłodzeniu i jego normalna temperatura spada do około 50 - 60°C. W jednym przykładzie wykonania zastosowano termiczne pokrywy 32 uwidocznione na fig. 1 (częściowo) i fig. 2 ( w całości) w celu zakrycia zbiornika podczas pracy, a w przypadku elektrolitycznego otrzymywania miedzi pokrywy takie mogą dodatkowo być zainstalowane w sposób pół-trwały skutecznie przeciwdziałając ulatnianiu się przykrych kwaśnych oparów podczas uwalniania tlenu na anodach.

Figura 2 przedstawia również pionową podporę 29, zazwyczaj usytuowaną w połowie elektrolizera w każdym kanale i wykonaną z PCW lub innego odpowiedniego materiału i posiadającą otwory w celu przewlekania przez nie drutu i stabilizacji położenia przegród.

W innym przykładzie wykonania zastosowane mogą być zbieżne wałki 30 w połączeniu z rozmieszczeniem zewnętrznych wałków 14 w układzie trójkątnym i odstępami między anodami 12 umożliwiającymi zmniejszenie wielkości elektrolizera do minimum potrzebnego dla wyprodukowania pogrubionego drutu.

Figura 4 przedstawia takie rozwiązanie, w którym zastosowano dodatkowy wałek 14a i drut 13a (należy zwrócić uwagę, że na każdym wałku jest tylko jeden drut) i można dostrzec, że rozmiary elektrolizera potrzebnego do pogrubiania drutu mogą być mniejsze, niż w przypadku innych rozwiązań, w których nie występują zbieżne rolki 30 i odsunięte od siebie zewnętrzne wałki 14, zwłaszcza rozmieszczone w układzie trójkątnym, ponieważ druty są umieszczone poziomo w mniejszej odległości od siebie.

W tym aspekcie wynalazku korzystne jest maksymalne zwiększenie powierzchni katody wystawionej na działanie elektrolizy w danej komorze elektrolizera w celu maksymalnego obniżenia kosztów instalacji przemysłowej i uzyskania optymalnej sprawności układu. Pod tym względem z ekonomicznego punktu widzenia korzystne jest ustalenie optymalnej pionowej odległości między drutami przegrody oraz odstępu między poszczególnymi przegrodami utworzonymi z drutów i sąsiednią elektrodą. Dla danej gęstości prądu anodowego, zgodnie z definicją podaną na początku tego opisu, powyższe rozwiązania prowadzą w efekcie do uzyskania wyższej jakości osadu miedzi na drucie wyjściowym i niższych kosztów eksploatacji układu. Mówiąc innymi słowy ważnym celem wynalazku jest zaprojektowanie układu w taki sposób, aby stosunek gęstości prądu katodowego do gęstości prądu anodowego, który zazwyczaj jest większy od 1, uległ zmniejszeniu do minimum i był zazwyczaj mniejszy od 15, a korzystnie między 1 i 10. Na przykład praktyczny i właściwy okazał się układ, w którym gęstość prądu katodowego wynosi 1291,7A/nr a gęstość prądu anodowego wynosi 193,7A/m².

Figura 5 przedstawia alternatywny przykład wykonania wynalazku, w którym liczba przegród z drutu w danym elektrolizerze jest maksymalnie zwiększona. Zewnętrzne wałki 14 (14a i 14a') są rozmieszczone w osi biegnącej wzdłuż elektrolizera w układzie kątowym. Zbieżne rolki 30 są umieszczone tak, aby druty 13a i 13a' (należy zwrócić uwagę, że na każdym wałku jest tylko jeden drut) były usytuowane równolegle blisko siebie.

Jakkolwiek wielkość elektrolizera 10, liczba drutów 13, zestaw wałków 14 i liczba anod 12 mogą podlegać daleko idącym zmianom, należy spodziewać się, że większość użytkowników zastosuje druty wyjściowe o grubości około 4 mm, na ogół 1 do 2 mm wytwarzać będzie gotowe druty o średnicy dochodzącej do 6 mm, zazwyczaj o średnicy do 4 mm. Korzystne pogrubienie drutu, w odniesieniu do ciężaru drutu wyjściowego, dochodzi do 150%. Na ogół drut zostaje pogrubiony o około 25% do 200% lub więcej, np. od 100% do 150%.

O ile w przykładzie wykonayia pnzadstawionym na fig. 1-3 zastosowano dwa zestawy wałków i dwa druty wy'ściowe na każdym zestawie wałków, można również

174 092 pogrubiać pojedynczy drut lub dodatkowe druty na każdym zestawie wałków i/lub stosując dodatkowe zestawy wałków i anod 12 jak to ilustruje fig. 4.

Wielkość elektrolizera 10 będzie zmienna w zależności od żądanego pogrubienia i liczby drutów poddawanych elektrolitycznemu powlekaniu oraz przewidywanej przepustowości. W przypadku konstrukcji przedstawionej na fig. 1 długość zbiornika 10 może sięgać 12 m lub więcej, a wysokość 1,5 m lub więcej. Napędowe wałki 14, 14a' itd. są korzystnie wykonane z odpornego na korozję przewodzącego prąd materiału, na przykład miedzi lub stali nierdzewnej, a ich średnica dochodzi do około 600 mm. Prędkość przesuwu drutu przez wannę może różnić się zasadniczo zależnie od długości wanny, liczby drutów wyjściowych, stopnia pogrubienia i stosowanej gęstości prądu.

Ważną cechą wynalazku jest to, że w celu uniknięcia zbędnych naprężeń, które mogą doprowadzić do zrywania drutu w trakcie procesu pogrubiania, średnica wałka może być uzależniona od wymiaru drutu i stopnia jego pogrubiania. Na ogół stosunek średnicy wałka do grubości pogrubionego w wyniku elektrolitycznego osadzania wyznaczony jako średnica końcowa zmniejszona o wielkość średnicy wyjściowej i podzielona przez dwa będzie przekraczała 100.

Tabela 1 ilustruje kilka próbek pogrubienia drutu dla drutu wyjściowego nr 15 według znormalizowanego szeregu średnic drutu (1,45 mm) i wynikający stąd stosunek średnicy wałka do grubości powłoki.

Tabela 1

Średnica końcowa (mm)	Grubość powłoki (A) (mm)	% Pogrubienie	Stosunek(B/A)
Średnica wałka (B)
101,6 mm	304,8 mm
1,776	0,163	50	626	1878
2,292	0,421	150	241	723
2,511	0,531	200	191	573

W przypadku wybranego sposobu działania drut będzie pogrubiany od grubości drutu około 1 do 2 mm do wymiaru drutu gotowego wynoszącego około 1,8 do 3,2 mm. Korzystna wielkość średnicy wałka wynosi około 100 do 350 mm.

Ogólnie, zwiększona przpustowość i sprawność eksploatacyjna pozwolą zwiększyć liczbę zwojów drutu na wałkach 14 dla każdego wymiaru pogrubianego drutu, a liczba zwojów na jednym wałku jest ograniczona aktualną pojemnością powierzchni styku wałka. Na ogół można stosować do około 160 zwojów na jeden drut wyjściowy. Odstępy przyjmowane między drutami w pionie mierzone w osiach drutów tworzących przegrodę w katodowych kanałach 16 mogą dochodzić do 20 mm, przy czym na ogół stosuje się odstępy od około 2 do 14 mm, np. od 5 do 12 mm.

W wielu przypadkach zastosowania pożądane może być kontrolowanie wydajności prądowej procesu dokonując ciągłego pomiaru średnicy drutu w co najmniej jednym punkcie w trakcie procesu. Dostępne w handlu optyczne lub laserowe urządzenia 21, na przykład bezstykowe urządzenie pomiarowe dokonywałoby pomiaru średnic drutu i porównywałoby zmierzoną wielkość ze wstępnie ustaloną wielkością. W oparciu o wynik porównania można ustalić wydajność prądową i podjąć odpowiednie działania, gdy wydajność ta znajduje się poniżej wymaganego poziomu. Na przykład o wydajności prądowej decyduje zwarcie między anodą i katodą oraz skład elektrolitu, wobec czego do momentu usunięcia przyczyny spadku wydajności prądowej można ją kompensować zmniejszjąc prędkość przesuwu drutu.

Inny element regulacji procesu pozwala kontrolować prędkość przesuwu drutu i prędkość wyjmowania drutu pod kątem wykrywania jego uszkodzeń. Na podstawie po12

174 092 równania tych dwóch prędkości można wykryć zerwany drut i dokonać naprawy. Pomiar naprężenia drutu i kontrola przewodności elektrycznej również mogą być wykorzystane w charakterze elementów regulacji przebiegu procesu.

Innym przykładem wykonania wynalazku jest płukanie drutu 13 po opuszczeniu elektrolizera 10 (za ściankami 10a i 10b) oraz wykorzystanie wody popłucznej do płukania wałków 14, na przykład przez zalewanie. Daje to w efekcie oczyszczenie drutów i zarazem pozwala uniknąć gromadzenia się osadów metalu na wałkach oraz zmniejszenia oporności elektrycznej na styku wałka z drutem. Druty opuszczające elektrolizer 10 w celu zwinięcia ich w zwoje lub nawinięcia na bębny 20 są korzystnie suszone podciśnieniowo.

Inna cecha wynalazku polega na możliwości wyżarzania drutu w co najmniej jednym punkcie podczas procesu. Wyżarzanie powoduje zmianę struktury krystalicznej zarówno drutu wyjściowego jak i powłoki miedzi prowadząc w efekcie do zwiększonej wydajności procesu (rzadsze złamania) i produkcji powlekanego elektrolitycznie wyrobu o ulepszonych fizycznych i elektrycznych właściwościach. Konwencjonalny piec do wyżarzania nie jest pokazany, a wyżarzaniu poddawany będzie na ogół pogrubiony drut, który następnie będzie ciągniony do uzyskania pożądanego wymiaru z przeznaczeniem na sprzedaż i/lub jako drut podstawowy w procesie. Rozważa się również wyżarzanie i ciągnięcie drutu między wannami wprowadzając proces krokowy w celu uzyskania końcowego produktu o wymaganym wymiarze.

174 092

174 092

174 092

FIG.4

FIG.5

174 092

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (23)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjściowym drucie miedzianym polega na tym, że przeprowadza się wyjściowy drut miedziany na wałkach napędowych przez kąpiel cieczy elektrolitycznej z rozpuszczoną w niej miedzią, który to drut miedziany przeprowadza się przez kąpiel za pomocą wałków napędowych, przy czym każda para wałków napędowych jest umieszczona na zewnątrz po przeciwnych stronach kąpieli a drut miedziany przeprowadza się przez równoległe kanały umieszczone w pewnej odległości od siebie, utworzone przez wiele anod umieszczonych w pewnej odległości od siebie i równolegle do siebie w kąpieli; prowadzi się ciągłe wyciąganie drutu z kąpieli po przejściu każdego kanału i ponownym wprowadzeniu drutu wiele razy do kąpieli i miedź osadza się elektrolitycznie na drucie po przeprowadzaniu tego drutu przez odpowiedni kanał pomiędzy wałkami napędowymi; przy czym kierunek ruchu drutu przez kąpiel odwraca się po każdym wyciągnięciu i ponownym wprowadzeniu drutu do kąpieli; jednocześnie doprowadza się prąd elektryczny do drutu wyjściowego i do anod tak, że drut działa jako katoda, a jony miedzi osadza się elektrolitycznie na drucie powodując stopniowy wzrost przekroju poprzecznego i prowadzi się ciągłe wyciąganie pogrubionego drutu miedzianego z kąpieli, gdy drut miedziany osiągnie pożądaną grubość, znamienny tym, że przeprowadza się jednocześnie przez kąpiel co najmniej dwa wyjściowe druty miedziane, przy czym drut mocuje się tylko do jednej pary naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych i przeprowadza się go przez kanał pomiędzy tylko jedną parą wałków napędowych, przy czym wyjściowe druty miedziane przeprowadza się przez kąpiel albo na tej samej parze naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych lub na różnych odpowiednich parach z wielu par naprzeciwko siebie umieszczonych wałków napędowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płucze się wodą pogrubiony drut lub druty wyjęte z kąpieli i wykorzystuje się wodę popłuczną do płukania zewnętrznych wałków napędowych.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się stałą kontrolę wymiarów pogrubionego drutu podczas wyjmowania go z kąpieli.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się stałą kontrolę przewodności elektrycznej pogrubionego drutu podczas wyjmowania go z kąpieli.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pogrubione elektrolitycznie druty ciągnie się i/lub wyżarza się przy użyciu jako środka smarującego lub chłodzącego roztworu zawierającego pewne reagenty lub dodatki zazwyczaj wprowadzane do elektrolitu podczas elektrolitycznej rafinacji lub elektrolitycznego otrzymywania miedzi.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drut pogrubia się od 25% do 200% ciężaru drutu wyjściowego.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek średnicy wałka do powiększonej grubości powłoki galwanicznej jest większy niż około 100.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek gęstości prądu katodowego do gęstości prądu anodowego jest mniejszy niż około 15.
9. 9. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że tak wytworzony drut po przeciągnięciu i wyżarzeniu wprowadza się ponownie do kąpieli elektrolitycznej w celu pogrubienia go do wymaganego ostatecznego wymiaru.
10. 10. Urządzenie do produkcji drutu miedzianego przez elektrolityczne osadzanie miedzi na wyjściowym drucie miedzianym zawierające: zbiornik do przetrzymywania elektrolitycznej kąpieli, ustawione w pewnej odległości od siebie i równolegle do siebie anody umieszczone w kąpieli tworzące kanały na długości zbiornika; wałki napędowe

    174 092 umieszczone na zewnątrz po obu stronach zbiornika dla przeprowadzenia miedzianego drutu przez kanały, przy czym anody i miedziany drut są połączone do źródła prądu; krążki odwijające do doprowadzania wyjściowego drutu miedzianego na wałki napędowe, przy czym drut jest nawijany w stały sposób na wałki napędowe i przeciągany, tam i z powrotem pomiędzy nimi przez zbiornik i bęben odbierający do odbierania drutu miedzianego pokrytego elektrolitycznie miedzią, znamienny tym, że dwóm zestawom, z których każdy zawiera krążek odwijający (17) i krążek odbierający (20) odpowiadają dwa wałki napędowe (14) umieszczone naprzeciwko siebie w zbiorniku (10).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zbiornik (10) posiada na swych końcach podwójne ścianki z otworami (15) umieszczonymi w ściankach (10a, 10a', 10b, 10b') dla przeprowadzenia drutów (13) przez nie, zaś wałki napędowe (14) są umieszczone tak, aby zapewnić zasadniczo równoległą drogę przesuwu drutu (13) w kanale (16) zbiornika (10).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że anody (12) są umieszczone w pewnej odległości od siebie tworząc pojedynczy rząd anod (12) na długości drutu (13), gdy drut (13) przechodzi przez zbiornik (10).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada podwójny rząd anod (12) umieszczonych w pewnej odległości od siebie pomiędzy długościami drutu (13) przechodzącego przez zbiornik (10) z wyjątkiem kanałów (16) sąsiadujących z bocznymi ściankami (31) tworząc pojedynczy rząd anod na długości drutu (13) gdy drut przechodzi przez zbiornik (10).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że pomiędzy wałkami napędowymi (14) a zbiornikiem (10) są umieszczone pomocnicze wałki zbieżne (30) dla zmiany toru pomiędzy drutem (13) w zbiorniku (10) i zmniejszenia odległości pomiędzy torami drutu.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że anody (12) są oddzielone nieprzewodzącymi taśmami (27).
16. 16. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że dielektryczna rura kablowa jest umieszczona w pierwszym kanale (16) dla każdego wyjściowego drutu (13) tak, że drut (13) jest przeprowadzony przez dielektryczną rurę kablową.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że nieprzewodzące osłony w kształcie odwróconego U są umieszczone pionowo wokół poziomych torów drutów (13) w każdym kanale (16) w zbiorniku (10).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zbiornik (10) posiada pionową podporę (29) z otworami, przez które przeprowadzane są druty (13).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że na wierzchu zbiornika (10) jest umieszczona termiczna pokrywa (32).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera wiele par wałków napędowych (14), zaś w ściankach (10a, 10a', 10b, 10b') zbiornika (10) znajduje się szczelina.
21. 21. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że wałki napędowe (14) mają rowki.
22. 22. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zawiera co najmniej trzy pary wałków napędowych i wałki napędowe są umieszczone w układzie trójkątnym.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada szereg zestawów wałków napędowych (14) i wałki napędowe (14) są umieszczone w układzie wielokątnym.