ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА тонких полос ИЗ ЧИСТОГО ЖЕЛЕЗА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
В работе представлена новая, не имеющая аналогов в мире, технология, позволяющая, минуя традиционные металлургические переделы (доменный, сталеплавильный, горячую прокатку и т.д.), получать тонкие полосы из чистого железа. Установлен оптимальный состав электролита и режимы электролиза. Исследована микроструктура осадков железа после электролиза, термообработки и прокатки. Приведены данные по физико-механическим и магнитным свойствам тонких полос, полученных по новой технологии.Производство тонколистового проката, необ-ходимого для электронной и электротехнической промышленности, является сложным, трудоемким и дорогостоящим. Получение тонких полос из чистого железа высокой степени чистоты по вредным примесям требует применения специальных обработок металла, полученного металлургическим способом, например, вакуумный переплав, длительный отжиг и т.д.
Разработанная технология электролитического получения железной полосы позволяет значительно упростить этот процесс и исключить такие традиционные металлургические переделы, как доменный, сталеплавильный, горячую прокатку, вакуумный переплав и т.д. Данным способом возможно производство тонкой полосы из чистого железа с высокими физико-механическими и магнитными свойствами.
За рубежом (в Германии, Англии, Японии, США) имеются разработки получения тонкой железной полосы электролитическим способом толщиной 0,03—0,15 мм. По существующей технологии железный осадок наносят на непрерывно движущийся барабан из титана, который обеспечивает минимальную адгезию железа к барабану (катоду). Затем железный осадок сдирается с барабана специальным ножом. В последнее время для интенсификации процесса железнения пытаются применить ячейки верти-кального типа с катодом из титана или тита- нированные. При этом сущность способа не изменяется.
Полоса, полученная по существующей тех-нологии, имеет низкие механические свойства и уже во время отрыва, вследствие своей хрупкости, ломается. По этой причине данная технология не получила промышленного распространения.
Способ получения железной полосы, пред-ложенный в Институте новой металлургической технологии (г.Москва), основан на двухстороннем покрытии железом непрерывно движущейся полосы с последующими переделами — термообработкой и холодной прокаткой до первоначальной толщины подложки. В результате прохода полосы через все переделы (рис. 1) получается полоса той же толщины, что и при входе в агрегат электролиза, но удвоенной длины. Для обеспечения хорошей адгезии железного осадка к основе ее тщательно подготавливали — обезжиривали и декодировали.
Электроосаждение железа ведется из кислых электролитов с применением нерастворимых анодов при современных скоростных параметрах (DK = 50-5-400 А/дм2, Тэ= 90*100 °С).
Металлографические исследования поперечных сечений образцов, полученных по предлагаемой технологии (DK = 20 А/дм2, Т3 = 80—90 °С), показали, что осадок железа, нанесенный из сернокислого электролита, имеет четко выраженную столбчатую структуру. Резко обозначена линия раздела металла покрытия Мп и металла основы М0. Осадок железа, полученный из сульфатно-хлоридного электролита, имеет менее выраженную столбчатую структуру, чем из сернокислого электролита, а линия раздела Мп и MQ не так резко обозначена.
Осадок железа, высаженный из солянокислого электролита при той же плотности тока, но при 40 °С прорезан трещинами толщиной до 2— 5 мкм (рис. 2, а), возникающими от внутренних напряжений в осадке из-за миграции водорода в осадок при электролизе. Эти трещины доходят до основного металла и представляют собой угрозу для коррозионных процессов, снижая механические свойства покрытия. Осадок железа, представленный на рис. 2, б (солянокислый электролит, DK = 100 А/дм2, Т3 = 2100 °С), спошной без трещин, имеет субмикроскопическую структуру столбчатого типа. На рис. 2, б можно наблюдать четкую картину связи Мп и М0. Несмотря на то, что образец после осаждения не подвергали тер-мообработке, в осадке ближе к основе начались изменения с выявлением зеренной структуры. При этом зерна феррита в осадке возникают, как бы копируя имеющиеся зерна металла основы. Тонкая линия раздела двух фаз проходит, разрезая ферритные зерна, но уже составляя их единое целое. гично вышеприведенному образцу, но после термообработки (рис. 2, в), показало, что структуры основы и покрытия полностью сов-падают и имеют балл 5—8.
После прокатки указанных образцов (рис. 2, г) расслоений не наблюдалось, структуры основы и покрытия полностью совпадают, а линия раздела исчезает.
В результате испытаний указанных выше образцов после прохождения всей технологической цепочки получены следующие данные: механические свойства: (Гв = 250—750 Н/мм2; <гг= 250-650 Н/мм2, 6= 0,5-45%, балл зерна 5—8; магнитные свойства: Яс= 100—160 А/м, Яч= 0,7-1,2 т; ц= 1100-1600; химический состав железного осадка — 99,7% Fe.
Преимущества технологии следующие: коротка и надежная схема без традиционных ме-таллургических переделов (доменного, стале-плавильного и пр.); новые цехи просты и компактны; чем тоньше лист, изготовленный по предлагаемой технологии, тем он дешевле; возможность получения металла особой чистоты (до 99,7 % Fe); возможность использования отработанных травильных растворов; получение полосы с заданными потребительскими свойствами.
1. Разработана новая, не имеющая аналогов в мире, технология получения железных полос электролитическим способом, включающая в себя всего три передела — электролиз, термообработку и прокатку.2. Для получения плотных компактных осадков следует вести электролиз при плотности тока не ниже 100А/дм2 и температуре электролита до 100 °С.
3. Получение железной полосы способом электроосаждения железа на железную подложку, кроме технологических особенностей, имеет еще и оригинальные стороны структуро- образования. Исследования показали аномальное явление структурообразования на границе Мп-М0, когда при температурах значительно ниже температуры рекристаллизации на границе Мп—М0 возникают общие зерна феррита (до балла 5—8), что обеспечивает высокую адгезию осадка к основе.
4. Полоса с двухсторонним железным пок-рытием имеет высокие пластические свойства, что обеспечивает возможность без всяких нарушений (разрывов и отслоений) пропускать ее в существующих непрерывных производственных линиях.
5. Производство железной полосы по новой технологии может быть организовано как в составе металлургического предприятия, так и как самостоятельное производство.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994
