Использование ультразвуковой очистки на предприятиях электродной промышленности

Доклад на конференции ассоциации «Электрод», г. Череповец, июнь 2003 г.

Лебедев Н. М., Жирнова Т. И., Нечаев Г. М., Воронин О. В. (ООО «Александра-Плюс», г. Вологда)

Среди технологических процессов, протекающих в жидких средах с воздействием ультразвука, очистка поверхности твердых тел в ультразвуковом поле получила наибольшее применение. Ультразвук широко используют для очистки стальной ленты, проволоки для производства электродов, форсунок, для осветления алюминиевой и медной проволоки, кабеля и др. Введение ультразвуковых колебаний в моющие растворы позволяет не только ускорить процесс очистки, но и получить высокую степень чистоты поверхности, исключить пожароопасные и токсичные растворители.

Успешное проведение процесса ультразвуковой очистки возможно лишь при использовании основных эффектов, возникающих в ультразвуковых полях: звукового давления, кавитации, акустического течения, звукокапиллярного эффекта. Из вышеперечисленных наибольшее влияние на процесс ультразвуковой очистки оказывает ультразвуковая кавитация. Микроударное воздействие захлопывающихся пузырьков способствует разрушению окалины и загрязнений, обладающих высокой адгезией к поверхности, а пульсирующие пузырьки проникают под пленку загрязнений (окалины), отслаивая ее и ускоряя процесс очистки.

К основным параметрам ультразвуковой очистки относятся выбор растворов и температурный режим обработки. Для водных растворов технических моющих средств (ТМС) оптимальной является температура 40—60°C. При более низкой температуре снижается химическая активность раствора, а при более высокой — повышается упругость пара внутри кавитационной полости, что приводит к снижению интенсивности кавитационного воздействия.

Из литературы известно, что рабочие частоты порядка 18—44 кГц соответствуют оптимальным условиям формирования кавитационной области — главного фактора, определяющего эффективность очистки. Наиболее эффективной частотой для очистки металлической поверхности (проволоки, стальной ленты и др.) является частота ультразвука 20—30 кГц.

Оборудование, которое выпускается для ультразвуковой очистки проволоки (например, немецкой фирмы Dr. Hielsher GmbH или их российский аналог UZV), имеет значительные габаритные размеры, что делает их практически непригодными к использованию в действующих технологических процессах. В то же время потребляемая мощность подобных установок довольно высока.

Ультразвуковые установки, поставляемые ООО «Александра-Плюс», разработаны с учетом оптимальных параметров ультразвуковых генераторов и излучателей в комплексе с подбором необходимого моющего раствора. Габаритные размеры выбираются таким образом, чтобы была возможность встраивания установки в действующий технологический процесс, и зависят только от количества встраиваемых ультразвуковых излучателей. Установки мобильные, т.е. имеется возможность перестановки в другие необходимые технологические цепочки. Потребляемая мощность установки — не более 100 Вт на один излучатель.

В производстве ООО «Александра-Плюс» используются пьезокерамические излучатели с резонансной частотой 22±1 кГц. Количество излучателей и моющие растворы подбираются с учетом поставленных задач.

Ниже представлены некоторые примеры использования ультразвука для очистки на предприятиях электродной промышленности. Использование ультразвука для очистки внедрено на таких предприятиях как «Сычевский электродный завод», «Завод сварочных материалов», г.Берёзовский и др.

Стальная лента 08кп для производства порошковой сварочной (наплавочной) проволоки содержит механические загрязнения и остатки консервационной смазки, что приводит к образованию дефектов наплавки при использовании проволоки.

Очистка ленты осуществляется в ультразвуковой ванне с тремя или четырьмя пьезокерамическими излучателями. В качестве моющего раствора используются щелочные ТМС с рН раствора >10. Температура раствора — 60—70°C. Скорость протяжки ленты на волочильном стане — 1—2 м/с.

Установка ультразвуковой очистки проволоки для производства электродов устанавливается на волочильном стане перед последней операцией волочения для очистки проволоки от металлической пыли, мыльной обмазки, графита.

Скорость перемещения проволоки — до 200 м/мин. Промывка осуществляется в щелочном ТМС с добавкой поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Результаты промывки соответствуют предъявленным требованиям. Кроме того, полностью устраняется пробуксовка подающих роликов при обмазке электродов, в результате чего существенно уменьшаются отклонения по наплывам обмазки. Улучшается адгезия обмазки электродов, что приводит к уменьшению сколов.

Ультразвук находит свое применение для очистки электродных стержней, не прошедших термическую обработку для повторного их использования.

Также с использованием ультразвука с электродных стержней можно удалить коррозию. В качестве очищающей среды используется кислотный раствор ТМС (рН < 4).

ООО «Александра-Плюс» разработано и изготавливается «Рабочее место шлифовщика волок», предназначенное для шлифования и полирования твердосплавных и алмазных волок с гарантированным рабочим углом. В процессе технологического цикла предусматривается проверка волок на наличие трещин, раковин в рабочем канале; ультразвуковая промывка и обдув волок в процессе изготовления. Применение ультразвука значительно улучшает качество шлифовки рабочего канала и повышает стойкость волок в 2—3 раза.

Комплексное оснащение рабочего места ультразвуковым шлифовальным станком, вытяжкой, ультразвуковой мойкой, микроскопом, удобным освещением и креслом позволяет значительно улучшить условия труда фильерщиков, повысить культуру производства.

Рабочее место шлифовщика волок установлено на ОАО «ЧСПЗ», на предприятиях «Кирскабель», «Азовкабель», «Запорожсталь».

Кроме того, ультразвук может применяться для осветления алюминиевой проволоки и медного кабеля, очистки и обезжиривания металлических поверхностей перед нанесением покрытий.