Непрерывные линии электролитического лужения

В настоящее время производство белой жести осуществляется на непрерывных линиях-автоматах. Наибольшее распространение для лужения имеют сернокислые растворы, которые обеспечивают высокую производительность, компактность оборудования и простоту его эксплуатации, вертикальное петлевое движение полосы, что обеспечивает возможность дифференцированного лужения. Более 70% всех линий лужения работают на сернокислых электролитах.

На первых порах внедрения процесса электролитического лужения оловянное покрытие лучшего качества  получалось из щелочных электролитов. Из сернокислого электролита получалось неплотное, трудно оплавляемое покрытие с максимальной толщиной 1 мкм. Сернокислый электролит готовили из водного раствора сернокислого  олова, свободной серной кислоты, небольших количеств фенола или крезола в присутствии желатина или β-нафтола.

В 50-х годах сернокислый электролит стали применять совершенно иного состава — на основе фенолсульфоновой кислоты и сернокислого олова с небольшим количеством серной кислоты и добавок на основе дифенилолпропана. Новые модернизированные непрерывные линии лужения с фенолсульфоновыми электролитами имеют более современное механическое и электрическое оборудование. Вместо прежних 3—5 м/с с годовой производительностью 80—100 тыс. т скорость увеличилась до 7,5—9 м/с, а производительность линии до 200— 250 тыс. т/год.

На рис. 77 показана схема скоростной непрерывной линии электролитического лужения с фенолсульфоновым электролитом. Входная секция линии состоит из двух разматывателей 1, тянущих роликов, ножниц двойной резки 2, сварочного устройства 3, тянущей станции 4 (между сварочной машиной и тянущей станцией предусмотрено место для установки толщиномера), петлевого устройства 5 для создания запаса полосы длиной 500 м. Непосредственно за петлевым устройством расположены ролики 6 для центрирования полосы и вторая тянущая станция 7.

После второй тянущей станции полоса поступает в технологическую секцию линии, состоящую из узлов подготовки поверхности перед лужением, узла электролитического лужения, устройства для оплавления электроосажденного олова, узлов пассивации и электростатического промасливания луженой жести.

Узел подготовки поверхности полосы состоит из щелочной ванны химического обезжиривания 8, щеточно-моечной машины 9, после которой полоса поступает по наклонному желобу 10 к щелочным ваннам электрохимического обезжиривания 11 (в количестве от одной до трех, в зависимости от чистоты поверхности поступающей полосы). По желобу 10 подается вода для дополнительной промывки и смачивания полосы. После электрохимического обезжиривания полоса промывается в ванне 12 и проходит щеточно-моечную машину 13, после которой проводится электрохимическое травление в ваннах 14 с сернокислым раствором. После промывки в ванне 15 полоса поступает в щеточно-моечную машину 16, откуда по наклонному желобу 17 навстречу потоку воды входит в ванну 18, заполненную электролитом лужения. Из ванны 18 полоса поступает в ванны электролитического лужения 19 с фенолсульфоновым электролитом. После электролитического лужения полоса проходит две ванны 20 улавливания электролита. Далее полоса подвергается сушке горячим воздухом в устройстве 21, проходит центрирующее устройство 22 и третью тянущую станцию 23. После тянущей станции 23 полосу маркируют в устройствах 24 и 25 (в случае нанесения дифференцированных покрытий). После сушки и маркировки луженая полоса, проходя между контактными роликами 26 и 27, подвергается оплавлению методом контактного электрического нагрева.

Рис. 77. Технологическая схема электролитического лужения на линиях с фенолсульфоновым электролитом

В процессе нагрева и оплавления оловянного осадка полоса движется в камерах 28 и проходит водяную ванну 29 для быстрого охлаждения оплавленного олова. Таким образом, расположенные за ванной 29 ролики не повреждают поверхность жести. Все устройство для оплавления защищено дросселями 30, изолирующими полосу от тока нагрева. После оплавления полоса поступает в ванны электрохимической пассивации 31 с хроматным или щелочным раствором и затем в две ванны промывки 32. Промытая полоса подвергается сушке паром и воздухом в камере 33, просушенная полоса проходит вертикальную камеру электростатического промасливания 34 и с помощью четвертой тянущей станции 35 поступает во второй накопитель полосы 36. Далее полоса проходит устройство с зеркалами 37 для проверки качества покрытия полосы и направляется к тянущей станции 38. Между устройством 37 и тянущей станцией 38 предусмотрено место для установки приборов, определяющих наличие проколов, качество и толщину покрытия. После станции 38 полоса проходит через систему роликов, ножницы поперечной резки 39 и поступает на моталки 40 и 41.

Современные ванны скоростного лужения имеют глубину до 3 м, что вдвое превышает глубину ванн ранее построенных линий. Токосъемные ролики обычно изготовляют из медных полых, охлаждаемых водой цилиндров или стальных цилиндров с медной хромированной оболочкой. Токосъем осуществляется с помощью систем графитовых щеток, а подвод тока к анодам — с помощью четырех анодных шин. Общая мощность подводимого постоянного тока достигает 150 тыс. А при напряжении 12—20 В.

Аноды изготовляют из чистого олова в виде комплекса брусков, каждый шириной до 80 мм, толщиной до 50 мм и длиной до 1,8 м. Замена анодов осуществляется с помощью специального подъемного или толкающего механизма, который передвигает бруски в поперечном направлении ванны так, что с одной стороны добавляется новый, а с другой стороны удаляется отработанный брусок. В целях избежания краевого эффекта и более равномерного распределения тока ширина анода должна быть несколько меньше ширины полосы. Так как плотность тока в нижней части ванны больше, чем в верхней, то нижние концы анодов снабжены гуммированными прутками.

Фенолсульфоновый электролит может иметь примерно следующий состав (г/л):

Фенолсульфоновая кислота ....   50—60
Олово (в виде сернокислого) . . . 30—40
Дигидрооксидифенилсульфон . . .         4—6
Монобутилфенилфенолсульфонат натрия .................0,1—0,4

Фенолсульфоновая кислота взаимодействует с сернокислым оловом с образованием оловянной соли сульфоновой кислоты
2C₆H₆SO₄ + SnSO₄ ↔ H₂SO₄ + Sn(C₆H₅SO₄)₂.

Водный раствор (70%-ный) фенолсульфоновой кислоты представляет собой прозрачную жидкость коричневого цвета. Она бывает также в виде густой кристаллической массы желтовато-красноватого цвета, расплывающейся на воздухе. Основная характеристика фенолсульфоновой кислоты:

Молекулярная масса................174
Плотность при 20° С, г/см³............1.36
Содержание монофенолсульфоновой кислоты, % (по массе)................70—90
Содержание свободного фенола, % (по массе) ............. 0,6—2,0
Содержание свободной H₂SO₄, % (по массе)..........................1,1—2
Содержание железа, %..............0,002—0,005
Содержание влаги, %..............0,5—30
Температура кристаллизации, °С . . .    10±1