RO119204B1 - Instalaţie de acoperire electrolitică, cu un strat metalic, a suprafeţei unui valţ, pentru turnarea benzilor metalice, subţiri - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie pentru acoperirea electrolitică, cu un strat de metal, a suprafeţei de turnare (3) a unui valţ, pentru turnarea continuă a benzilor metalice, subţiri, între două valţuri sau pe un singur valţ, formată dintr-o cuvă (1) care conţine un electrolit (2), constând dintr-o sare a metalului de depus, mijloace (5 şi 6) pentru imersarea, cel puţin parţială, în cuvă (1), a suprafeţei de turnare (3), şi pentru crearea unei mişcări relative între suprafaţa de turnare şi electrolit, cel puţin un anod (4 şi 4') introdus în cuvă (1), opus suprafeţei de turnare (3), şi mijloace pentru aducerea suprafeţei de turnare la un potenţial catodic. Instalaţia este prevăzută cu măşti (7 şi 7') făcute dintr-un material izolant şi introduse între marginile (12) suprafeţei de turnare (3) şi anozii (4 şi 4'), măştile (7, 7') prevenind concentrarea liniilor de curent pe marginile (12) suprafeţei de turnare (3). ŕ

Description

Prezenta invenție se referă la o instalație de acoperire electrolitică cu un strat metalic, a suprafeței unui valț pentru turnarea benzilor metalice subțiri. Mai precis, invenția privește condiționarea suprafeței externe a valțului sau a valțurilor care constituie peretele sau pereții mobili ai lingotierelor de turnare continuă a benzilor subțiri din metal (de exemplu oțelul).

Din brevet US 2044415 se cunoaște o instalație pentru producerea foilor metalice printr-o metodă ce implică depunerea electrolitică a metalului pe un catod cilindric rotativ, imersat parțial în baia electrolitică. Foaia astfel obținută este îndepărtată continuu de la catod, atunci când iese din baie. Instalația conține benzi din cauciuc, benzi care iau contact cu marginile tamburului catodic pentru a preveni scurgerile de curent de la anod și concentrarea lor în vecinătatea marginilor. Brevetul GB 1138561 se referă la același domeniu tehnic ca și brevetul US 2044415, dar descrie utilizarea flanșelor, în materiale izolante, dispuse pe margini și parțial pe marginile catodului cilindric, pentru a evita o depunere neregulată de metal, ceea ce ar face dificilă separarea foii metalice de catod.

Lingotierele mașinilor de turnare continuă a benzilor de oțel având câțiva mm grosime, între două valțuri, pornind direct de la metalul lichid, comportă un spațiu de turnare definit de suprafețele laterale ale valțurilor care se rotesc în sensuri contrare în jurul axelor lor menținute orizontal și două plăci laterale din material refractar, sprijinite pe canturile valțurilor. Aceste valțuri au un diametru care poate atinge 1500 mm și o lățime care, pe instalațiile experimentale actuale, este de aproximativ 600 până la 800 mm. Lățimea valțurilor va trebui să atingă în viitor 1300 până la 1500 mm pentru a satisface imperativele de productivitate ale unei instalații industriale. Aceste valțuri sunt cel mai adesea constituite dintr-un miez de oțel în jurul căruia este fixată o virolă de cupru (sau din aliaj de cupru), răcită prin circularea apei între miez și virolă sau în interiorul virolei. Ca și la suprafețele lingotierelor clasice de turnare continuă a blumurilor, țaglelor sau bramelor, suprafața virolei care este destinată să intre în contact cu metalul lichid, poate fi acoperită cu un strat metalic, cel mai adesea de nichel, a cărui grosime atinge în general 1până la 2 mm. Acest strat de nichel permite ajustarea coeficientului de transfer termic al virolei la o valoare optimă, (mai mică decât dacă metalul ar fi pus direct în contact cu cuprul), pentru ca solidificarea metalului să se efectueze în bune condiții metalurgice, deoarece o solidificare prea rapidă ar provoca defecte la suprafața produsului. Această ajustare este efectuată acționând asupra grosimii stratului de nichel. Pe de altă parte, acesta constituie pentru cupru un strat protector, evitându-se solicitarea termică și mecanică prea mare a acestuia. Acest strat de nichel se uzează pe parcursul utilizării valțului și trebuie restaurat periodic prin îndepărtarea parțială sau completă a ceea ce a mai rămas și depunerea unui nou strat. Această restaurare costă evident mai puțin decât înlocuirea completă a virolei uzate, formată numai din cupru.

Depunerea de nichel este, de preferință, efectuată pe cale electrolitică, în modul următor. Virolă nouă sau în prealabil parțial sau total denichelată, care global se prezintă sub forma unui cilindru gol din cupru sau din aliaj de cupru, cum ar fi un aliaj cupru - crom (1 %) - zirconiu (0,1 % ), este montată pe un arbore cu ajutorul căruia poate fi transportată ușor de la un punct de tratare la altul în atelierul de nichelare/denichelare. După ce a suferit diferite tratamente superficiale pregătitoare (polizare, degresare, decapare acidă), care vizează ameliorarea aderenței nichelului pe cupru, virolă este adusă la stația de nichelare electrolitică . Această stație este constituită dintr-o cuvă ce conține soluția de nichelare, deasupra căreia se poate plasa arborele în poziția orizontală astfel încât se se rotească în jurul axei sale. Astfel, se realizează înmuierea părții inferioare a virolei în cuvă , iar punerea în rotație a ansamblului virolă - arbore cu o viteză de aproximativ 10 rot/min de exemplu, permite realizarea tratamentului întregii virole. în timpul electrodepunerii nichelului, virolă constituie catodul, iar anodul poate fi constituit din unul sau mai multe coșuri anodice din titan, imersate în cuvă, închise de membrane mici, care iau contact cu suprafața virolei și care conțin bile de

RO 119204 Β1 nichel. Dacă se dorește și acoperirea cu nichel a unei părți importante a canturilor virolei, 50 care în timpul turnării se freacă de plăcile laterale din material refractar și deci se pot uza, se dispun alte coșuri anodice în fața acestor canturi. Pot fi utilizate, de asemenea, alte tipuri de anozi solubili sau insolubili.

Ca o variantă, se poate prevede ca virola să rămână fixă și electrolitul să circule în fața ei. Esențial este să se creeze o mișcare relativă între virolă și electrolit, mișcare care să 55 asigure reînnoirea continuă a interferenței lor. în timpul turnărilor, depunerea de nichel suferă intense solicitări, atât mecanice, cât și termice. Astfel, se constată adesea numai după câteva turnări, în vecinătatea marginilor valțurilor, fisuri în stratul de nichel depus. Aceste fisuri se întind pe zone de câțiva cm lungime plecând de la muchiile virolei.

Ele pot antrena formarea defectelor de suprafață pe suprafața produsului turnat, 60 deoarece provoacă răcirea heterogenă a acestuia. Ele constituie mai ales puncte slabe de la care se poate amorsa o degradare foarte rapidă a întregii depuneri de nichel. Pot exista propagări ale fisurilor chiar dincolo de depunerea de nichel, ceea ce conduce la degradarea ansamblului virolei. în această situație se impune oprirea imediată și prematură a utilizării valțului și regenerarea completă a stratului care acoperă virola. Cum această operație este 65 lungă, necesitând mai multe zile, aplicarea industrială a procedeului de turnare a oțelului între valțuri presupune dispunerea unui mare număr de virole gata pregătite pentru a fi folosite pentru asigurarea funcționării regulate a mașinii de turnare. Virola fiind o piesă foarte costisitoare, în ceea ce privește materialele folosite și dificultatea fabricării ei, aceasta conduce la costuri ridicate în cazul utilizării instalației. 70

Instalația de acoperire electrolitică a suprafeței de turnare a unui valț conform invenției, este formată dintr-o cuvă care conține un electrolit constând dintr-o sare a metalului care se depune, mijloace pentru imersarea cel puțin parțială în cuvă a suprafeței de turnare și pentru crearea unei mișcări relative între suprafața de turnare și electrolit, cel puțin un anod dispus în cuvă astfel încât să fie în fața suprafeței de turnare, mijloace pentru ridicarea 75 suprafeței de turnare la un potențial catodic și măști făcute dintr-un material izolant care sunt interpuse între muchiile suprafeței de turnare și anod, și elimină dezavantajele instalațiilor cunoscute, prin aceea că măștile au o formă generală de arc de cerc, al căror centru de curbură este același cu cel al muchiei suprafeței de turnare în fața căreia sunt și au două margini paralele, plasate fiecare în prelungirea muchiei, la aceeași distanță de aceasta din 80 urmă și legate printr-o degajare în formă de colț, ale cărei margini sunt perpendiculare una pe cealaltă.

Invenția prezintă avantajul ameliorării rezistenței la solicitări termomecanice a acoperirii metalice a virolei, întârziindu-se sau suprimându-se apariția fisurilor la margini și prelungindu-se astfel durata medie de utilizare a virolei între două refaceri ale stratului care 85 o acoperă .

Se dau în continuare o serie de date care permit o mai bună explicitare a invenției, în legătură și cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

- fig. 1, schema văzută din profil a instalației de acoperire în secțiune transversală după I -1, a unei virole pentru turnarea între valțuri; 90

- fig. 2, o secțiune după II - II a aceleiași instalații, care explicitează configurația preferențială a măștilor conform invenției.

Acoperirea electrolitică cu un strat metalic a suprafeței de turnare a unui valț pentru turnarea continuă a benzilor metalice subțiri între două valțuri sau pe un singur valț, se realizează prin imersarea cel puțin parțială a suprafeței de turnare menționată într-o soluție de 95 electrolit care conține o sare a metalului de depus. în fața a cel puțin a unui anod, se plasează suprafața menționată la catod și se creează o mișcare relativă între suprafața menționată de turnare și soluția de electrolit menționată. între anodul sau anozii menționațLși. muchiile suprafeței de turnare menționate se interpun măști izolante, evitându-se astfel o concentrare a liniilor de curent pe muchiile menționate și în vecinătatea lor.

100

RO 119204 Β1

Instalația de acoperire electrolitică cu un strat metalic a suprafeței de turnare a unui valț pentru turnarea continuă a benzilor metalice subțiri între două valțuri sau pe un singur valț, conform invenției, este formată dintr-o cuvă care conține un electrolit care în globează o sare a metalului depus, mijloace pentru imersarea cel puțin parțială în cuva menționată a suprafeței de turnare și pentru crearea unei mișcări relative între suprafața de turnare menționată și electrolit, cel puțin un anod dispus în cuvă în fața suprafeței de turnare și mijloace pentru aducerea suprafeței de turnare la un potențial catodic.

Cuva este prevăzută cu măști confecționate din material izolant, interpuse între muchiile suprafeței de turnare menționate și anodul sau anozii menționați, măștile menționate împiedicând concentrarea liniilor de curent pe muchiile menționate. Măștile au, de preferință, o formă generală de arc de cerc al cărui centru de curbură este același cu cel al muchiei suprafeței de turnare în fața căreia se află și prezintă două margini paralele plasate fiecare în prelungirea muchiei menționate la aceeași distanță d de aceasta și legate printr-o degajare în formă de colț, ale cărei laturi sunt perpendiculare una pe cealaltă.

Așa după cum s-a arătat, invenția constă în realizarea de depuneri electrolitice de acoperiri metalice prin dispunerea de măști izolante în vecinătatea marginilor virolei. Aceste măști vizează obținerea unei reparații regulate a liniilor de curent în zonele de la marginile virolei. Aceasta conferă depunerii o grosime uniformă în aceste zone, corespunzătoare grosimii nominale dorite.

S-a constatat că există o corelație între viteza apariției fisurilor în stratul de acoperire de nichel la nivelul marginilor virolei și uniformitatea grosimii acestei depuneri în aceste zone, în particular, în dreptul muchiilor. în absența oricărui dispozitiv particular care să vizeze împiedicarea acestui fenomen, se constată în imediata apropiere a muchiilor virolei și în dreptul acestor muchii, niște adaosuri groase ale stratului de nichel depus. De exemplu, dacă grosimea nominală a depunerii este de 2 mm, pe cea mai mare parte a suprafeței virolei se constată că această grosime depășește câteodată 7 mm, în dreptul muchiilor. Aceste îngroșări ale depunerii se datorează concentrării liniilor de curent în imediata apropiere a muchiilor. Chiar dacă aceste concentrări nu există decât pe o porțiune foarte limitată a virolei, ele apar într-o măsură suficientă pentru a provoca apariția rapidă a fisurilor. S-a dovedit că acestea fac posibilă formarea de hidrogen care poate crea incluziuni gazoase în depunerea în formare. Pe de altă parte, aceste concentrări fac structura cristalină, deci conferă duritate și o textură a depunerii de nichel neomogene între muchie și restul virolei.

Un mod de a reduce grosimea depunerii, constă în realizarea unei raze de curbură de câțiva mm la muchie în loc ca acestea să facă un unghi ascuțit. Dar în practică această rază nu poate depăși 1 până la 2 mm, altfel cresc exagerat riscurile de infiltrare a metalului lichid între canturile valțurilor și plăcile laterale din material refractar.

Un alt mod constă în devierea liniilor de curent cu ajutorul unor dispozitive numite hoți de curent. Aceste dispozitive sunt conductori metalici dispuși paralel cu muchiile și în vecinătatea acestora, parcurși de un curent. Acestea vor devia către ele, o parte din liniile de curent care în absența lor, s-ar concentra pe muchia virolei și în apropierea acesteia. Numai utilizarea acestei soluții nu este satisfăcătoare. Pe de o parte, amplasamentele și parametri de funcționare ai acestor hoți de curent trebuie determinate cu grijă, pentru că astfel, în plus față de adaosul de grosime care poate subzista în dreptul marginii, se poate câteodată constata contrariul, și anume că stratul de nichel are în anumite locuri o grosime inferioară celei normale, semn că liniile de curent au fost deviate exagerat din zonele corespondente. Pe de altă parte, pe măsura derulării electrodepunerii, pe hoții de curent se depune nichel, în cantitate deloc neglijabilă. Trebuie deci recuperat acest nichel, iar curentul care a fost consumat pentru depunerea sa reprezintă o pierdere pură. Această depunere de nichel face să varieze dimensiunea hoților de curent, care în plus este și într-un mod

RO 119204 Β1 neregulată. Acțiunea hoților de curent variază deci foarte puternic pe măsura derulării ope- 150 rațiilor, ceea ce face gestionarea lor foarte dificilă . în practică, pentru o grosime vizată a depunerii de 2 mm, se observă cel mai bine pe muchii o depunere cu o grosime de 2,5 mm, ceea ce este totuși prea mult pentru a rezolva problema într-o manieră satisfăcătoare. Hoții de curent nu pot deci să permită obținerea, într-o manieră fiabilă, a unei uniformități satisfăcătoare a depunerii de nichel pe valțurile de turnare. 155

S-a constatat că maniera cea mai fiabilă de obținere a unei depuneri de nichel foarte omogenă pe muchiile virolei și în imediata apropiere a acestora era dispunerea de măști izolante, de preferință având o configurație determinată, la mică distanță de aceste muchii, în aceste condiții, se realizează suprimarea apariției precoce a fisurilor în stratul de acoperire de la marginile virolei. 160

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției.

Fig. 1 reprezintă o secțiune transversală a instalației conform invenției, planul de secționare fiind situat în interiorul cuvei 1, care conține soluția de electrolit 2 al cărei principal component este o sare de nichel. în cuva 1 este imersată virola 3. Virola de cupru 3 este plasată drept catod. Pe fundul cuvei 1 sunt dispuși anozii 4, 4'. Virola 3, cu o formă exterioară 165 cilindrică și un diametru exterior de 1500 mm, este montată pe un arbore 5, a cărei axă 6, în cursul operației de electrodepunere, este pusă în mișcare de rotație prin mijloace care nu sunt reprezentate. Cel puțin partea inferioară a virolei 3 este înmuiată în soluția de electrolit

2. în exemplul reprezentat, anozii 4, 4' sunt anozi solubili, constituiți din coșuri anodice din titan, de forme curbe, umplute cu granule de nichel. Instalația poate fi prevăzută cu un 170 număr diferit de anozi care pot avea și o altă configurație, (anod solubil, de exemplu). Anozii 4, 4' se întind în spatele planului de secționare pe o lățime mai mare decât cea a virolei. în fața marginilor virolei 3 sunt dispuse măștile 7, 7'. (7 fiind singura vizibilă în fig. 1), dintr-un material izolant ca de exemplu un polimer, a căror funcție este de a împiedica liniile de curent ieșite din anozii 4, 4’ se ajunge direct la marginile și muchiile virolei 3, cu scopul de 175 a evita mărirea grosimii depunerii de nichel la nivelul lor. Pozițiile acestor măști 7,7' în raport cu virola 3 poate fi reglată prin mijloace de poziționare reprezentate prin tije mobile 8. Configurația precisă a acestor măști 7,7' este pusă în evidență în fig. 2. Acestea se prezintă în exemplul prezentat, sub forma unor brâuri cu secțiune sensibil pătrată sau dreptunghiulară, având forma generală a unui arc de cerc al cărui centru de curbură este același cu 180 al muchiei virolei 3, în fața căreia sunt puse. Marginea lor superioară cea mai apropiată de marginea unde se exercită acțiunea lor prezintă o degajare 9, 9' în formă de colț ale cărei două margini 10, 10' sunt perpendiculare și cu lungimi sensibil egale, de ordinul a 5 mm. Măștile 7, 7 sunt dispuse prin intermediul tijelor 8 de așa manieră încât marginile exterioare

11,1T ale degajărilor 9, 9' să fie plasate fiecare sensibil la aceeași distanță “d de muchia 185 a virolei 3 în fața căreia sunt dispuse. Această distanță d este inițial de ordinul a 5 mm atunci când se dorește realizarea unei depuneri de nichel de 2 până la 3 mm grosime. Pe de altă parte, marginile 13,13' ale fiecărei măști 7,7', care sunt perpendiculare pe virola 3, trebuie, în acest exemplu de realizare a invenției, să aibă o lungime minimă de 50 mm. în aceste condiții, măștile 7,7' pot devia suficient liniile de curent pentru a omogeniza mai bine 190 distribuția lor pe marginile virolei 3. Opțional, se poate prevede posibilitatea de îndepărtare progresivă a măștilor 7, 7' de virola 3, pe măsura creșterii grosimii depunerii de nichel. Această îndepărtare poate fi realizată prin etape succesive sau în mod continuu. Astfel, există siguranța că va rămâne întotdeauna suficient spațiu între mască și depunere, pentru a permite creșterea depunerii de nichel.

195

RO 119204 Β1 în funcție de configurația exactă a anozilor 4, 4' și a măștilor 7, 7', acoperirea canturilor virolei 3 se va efectua într-o manieră omogenă pe o mai mică sau mai mare porțiune a suprafeței lor. Pentru a crește această porțiune, se poate să se dispună în cuva 1 anozi verticali 21, 21', 21 sub formă de coșuri anodice umplute cu granule de nichel, similare coșurilor anodice 4, 4' și care să fie în fața canturilor virolei 3.

Este clar că măștile pot fi constituite diferit de cele care au fost date ca exemplu, în măsura în care ele permit obținerea omogenității dorite pentru grosimea depunerii. în particular, în loc să fie constituite din brâuri cu secțiune pătrată, dreptunghiulară etc., ele pot consta dintr-o placă sau un ansamblu de plăci a căror suprafață întoarsă către virolă ar avea, de preferință, aceeași configurație ca cea a brâului din exemplu. Altfel spus, aceste suprafațe trebuie să comporte, de preferință, două margini paralele, plasate fiecare în prelungirea muchiei virolei la aceeași distanță d față de aceasta și legate printr-o degajare în formă de colț, ale cărei margini sunt perpendiculare una pe cealaltă .

Invenția nu exclude ca pentru completarea măștilor să se recurgă la hoți de curent, integrați în măști sau independenți de acestea, într-o manieră permanentă sau continuă .

Invenția poate fi aplicată la depunerea pe virole a altor metale decât nichelul. De asemenea, valțul astfel acoperit poate fi utilizat nu numai pe mașinile de turnare continuă a benzilor metalice din oțel sau alt material, dar și pe o mașină de turnare continuă a benzilor subțiri la care un singur valț rotativ atinge suprafața unei băi metalice (turnare pe un cilindru).

Invenția poate fi aplicată, de asemenea, în cazul acoperirii suprafeței de turnare a unui valț masiv la care virola și miezul formează o singură piesă . De asemenea, ea este ușor de realizat în cazul în care virola sau cilindrul A masiv, ar putea fi imersat total în baia de electrolit. în sfârșit, se poate crea mișcarea relativă între virolă și electrolit menținând virola fixă și punând în mișcare electrolitul în jurul ei. Aceasta poate fi realizată în particular, dacă virola este imersată în întregime în electrolit și se creează mișcări ale electrolitului prin jeturi orientate convenabil pentru a-l face să circule în jurul virolei între anod sau anozi.

Claims (7)

1. Revendicări

   1. Instalație de acoperire electrolitică cu un strat metalic a suprafeței de turnare (3) a unui valț, formată dintr-o cuvă (1) care conține un electrolit (2) constând dintr-o sare a metalului de depus, mijloace (5, 6) pentru imersarea cel puțin parțială în cuva (1) a suprafeței de turnare (3) și pentru crearea unei mișcări relative între suprafața de turnare (3) și electrolitul (2), cel puțin un anod (4,4) dispus în cuva (1) în așa fel, încât să fie în fața suprafeței de turnare (3) mijloace pentru ridicarea suprafeței de turnare la un potențial catodic și măști (7, 7') făcute dintr-un material izolant, care sunt interpuse între muchiile (12) ale suprafeței de turnare (3) și anodul sau anozii (4, 4'), caracterizată prin aceea că, măștile (7, 7') au o formă generală de arc de cerc al căror centru de curbură este același cu cel al muchiei (12) a suprafeței de turnare (3) în fața căreia sunt și au două margini (13, 13') paralele, plasate fiecare în prelungirea muchiei (12), la aceeași distanță d de aceasta din urmă și legate printr-o degajare (9, 9') în formă de colț ale cărei margini (10, 10') sunt perpendiculare una pe cealaltă.
2. 2. Instalație conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, măștile (7, 7') constau din corpuri alungite, din plăci sau ansambluri de plăci.
3. 3. Instalație conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că ea cuprinde mijloace (8) pentru îndepărtai ea~progresivă a măștilor (7, 7') de muchiile (12) pe măsura creșterii stratului metalic menționat.

   RO 119204 Β1
4. 4. Instalație conform revendicărilor 1 ....3, caracterizată prin aceea că ea include de asemenea anozii (21, 2T) dispuși fiecare astfel încât să fie în fața unui capăt al suprafeței de turnare (3).
5. 5. Instalație conform revendicărilor 1 ....4, caracterizată prin aceea că ea cuprinde de asemenea hoți de curent integrați în măștile (7, 7').
6. 6. Instalație conform revendicărilor 1....5, caracterizată prin aceea că mijloacele pentru crearea unei mișcări relative între suprafața de turnare (3) și electrolitul (2) sunt mijloace pentru punerea în mișcare de rotație a suprafeței de turnare (3).
7. 7. Instalație conform revendicărilor 1....6, caracterizată prin aceea că mijloacele pentru crearea unei mișcări relative între suprafața de turnare (3) și electrolitul (2) sunt mijloace pentru punerea în circulație a electrolitului (2) în jurul suprafeței de turnare (3).