CN108655352A - 一种铁箔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁箔的制备方法，包括：1)在中频炉中熔化工业纯铁，工业纯铁的成分与铁箔成分一致；2)熔化后的工业纯铁经过中间包进入喷射包，喷射包为设有喷嘴的钢水容器；熔化后的工业纯铁从喷射包的喷嘴处喷出，在高速旋转的水冷铜辊上快速冷凝为厚度10～30μm的超薄铁箔；3)铁箔沿铜辊切线方向甩出，由卷取机实现在线卷曲成卷。本发明采用工业纯铁直接浇铸成铁箔，省去了轧制、再加热等多道工序，制备成本低，生产效率高；同时可通过控制水冷铜辊的旋转速度控制工业纯铁的冷却速度，进而得到不同厚度规格的铁箔，操作灵活方便。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种铁箔的制备方法。
背景技术
铁箔是指很薄的金属铁，可广泛应用于磁屏蔽材料、高储能密度的镍镉电池和包装材料等。公开号为CN104134802A的发明专利公开了一种“锂电池”，利用铁箔作为锂电池负极的集流体，取代了铜箔，大大降低了电池的原料成本。
常规的铁箔制备方法包括冷轧法、电解法等。公开号为CN102688885A的发明专利公开了“一种叠层法同步冷轧铁箔的制备方法”，其采用厚薄两种铁片若干件，厚夹薄片组成一叠层结构，轧前分别对各叠层材料进行热处理，并在叠层间涂抹润滑材料，将此组合叠层结构送入普通两辊或四辊轧机冷轧减薄，选择适当的压下率及轧制道次即可将薄铁片减薄为所需厚度的铁箔。公开号为CN1066478A的发明专利公开了一种“电解成型制备纯铁箔的方法”，其特点是采用可溶性阳极，电解质水溶液由FeCl2·6H2O和少量的稳定剂、润湿剂所组成，所用阴极电流密度为0.01-0.35A/cm2，在PH为0.1-3.5的酸性电解质溶液中电解沉积厚度为20-100微米、纯度为99.89％的纯铁箔。
目前，无论是冷轧法还是电解法制备铁箔，都存在工艺复杂、成本较高、效率较低等问题。
发明内容
本发明提供了一种铁箔的制备方法，采用工业纯铁直接浇铸成铁箔，省去了轧制、再加热等多道工序，制备成本低，生产效率高；同时可通过控制水冷铜辊的旋转速度控制工业纯铁的冷却速度，进而得到不同厚度规格的铁箔，操作灵活方便。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种铁箔的制备方法，包括如下步骤：
1)在中频炉中熔化工业纯铁，工业纯铁的成分与铁箔成分一致，具体成分的重量百分比含量为：C≤0.0030％；Si≤0.01％；Mn≤0.04％；P≤0.005％；S≤0.002％；Al≤0.005％；Fe≥99.8％；其余为不可避免的杂质；
2)熔化后的工业纯铁经过中间包进入喷射包，喷射包为设有喷嘴的钢水容器；熔化后的工业纯铁从喷射包的喷嘴处喷出，在高速旋转的水冷铜辊上快速冷凝为厚度10～30μm的超薄铁箔；
3)铁箔沿水冷铜辊切线方向甩出，由卷取机实现在线卷曲成卷。
所述中间包具有加热保温功能，熔化后的工业纯铁在中间包内温度控制在1400℃以上，且浇铸过程中间包内工业纯铁熔体的温度偏差小于5℃。
对中间包和喷射包内的液位进行自动检测，保证铁箔制备过程中液面波动小于±3mm。
所述喷射包的喷嘴采用BN喷嘴，制备铁箔时对喷嘴到水冷铜辊辊面之间的距离进行实时检测及调整，保证工业纯铁熔体以“平面流”的方式流到水冷铜锟辊面上。
水冷铜辊运转时锟面沿径向和轴向的跳动均小于5μm，水冷铜辊的表面粗糙度为1.5～2.0μm。
水冷铜辊的转动速度为10～50m/s，工业纯铁熔体在辊面上的冷却速度为104～106℃/s。
卷取机设电流双闭环张力控制系统，张力的大小根据需要设定；卷取时，使卷轮的线速度与水冷铜锟的线速度同步，当卷取机抓住铁箔带头并建立张力后，立即控制卷取机直流电机的电流保持恒定，然后随着铁箔带卷直径的增大自动控制直流电机速度相应降低。
水冷铜辊一侧设辊面清理装置及车削装置，辊面清理装置的清理辊紧贴在水冷铜辊的表面上实现在线清理，车削装置用于停机后水冷铜辊辊面的局部或大面积清理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用工业纯铁直接浇铸成铁箔，省去了轧制、再加热等多道工序，与现有铁箔制备工艺相比，具有工艺过程简单、成本低、生产效率高；
2)通过控制水冷铜辊的旋转速度控制工业纯铁的冷却速度，可得到不同厚度规格的铁箔，操作灵活方便。
附图说明
图1是本发明所述铁箔制备方法的工艺流程图。
图中：1.中频炉 2.中间包 3.液位检测装置 4.喷射包 5.喷射间距测量装置 6.车削装置 7.辊面清理装置 8.水冷铜辊 9.卷取机
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种铁箔的制备方法，包括如下步骤：
1)在中频炉1中熔化工业纯铁，工业纯铁的成分与铁箔成分一致，具体成分的重量百分比含量为：C≤0.0030％；Si≤0.01％；Mn≤0.04％；P≤0.005％；S≤0.002％；Al≤0.005％；Fe≥99.8％；其余为不可避免的杂质；
2)熔化后的工业纯铁经过中间包2进入喷射包4，喷射包4为设有喷嘴的钢水容器；熔化后的工业纯铁从喷射包4的喷嘴处喷出，在高速旋转的水冷铜辊8上快速冷凝为厚度10～30μm的超薄铁箔；
3)铁箔沿水冷铜辊8切线方向甩出，由卷取机9实现在线卷曲成卷。
所述中间包2具有加热保温功能，熔化后的工业纯铁在中间包2内温度控制在1400℃以上，且浇铸过程中间包2内工业纯铁熔体的温度偏差小于5℃。
对中间包2和喷射包4内的液位进行自动检测，保证铁箔制备过程中液面波动小于±3mm。
所述喷射包4的喷嘴采用BN喷嘴，制备铁箔时对喷嘴到水冷铜辊8辊面之间的距离进行实时检测及调整，保证工业纯铁熔体以“平面流”的方式流到水冷铜锟8辊面上。
水冷铜辊8运转时锟面沿径向和轴向的跳动均小于5μm，水冷铜辊8的表面粗糙度为1.5～2.0μm。
水冷铜辊8的转动速度为10～50m/s，工业纯铁熔体在辊面上的冷却速度为104～106℃/s。
卷取机9设电流双闭环张力控制系统，张力的大小根据需要设定；卷取时，使卷轮的线速度与水冷铜锟8的线速度同步，当卷取机9抓住铁箔带头并建立张力后，立即控制卷取机9直流电机的电流保持恒定，然后随着铁箔带卷直径的增大自动控制直流电机速度相应降低。
水冷铜辊8一侧设辊面清理装置7及车削装置6，辊面清理装置7的清理辊紧贴在水冷铜辊8的表面上实现在线清理，车削装置6用于停机后水冷铜辊8辊面的局部或大面积清理。
所述中频炉1采用封闭式炉盖，工业纯铁熔体从中频炉1依次流向中间包2、喷射包4的整个过程采取封闭保护措施，避免空气或其他氧源接触工业纯铁熔体，保证铁箔化学成分稳定。
对中间包2中的工业纯铁熔体进行加热保温，目的是提高铁箔的产品质量和制备过程的稳定性。
对中间包2和喷射包4中的液位进行自动检测，防止液面波动过大，目的是稳定工业纯铁熔体的流动压力，提高铁箔的成型质量。
控制水冷铜辊8的转动速度，并通过合理设计水冷铜辊8内部的冷却水道结构，保证工业纯铁熔体的冷却速度，目的是通过高冷速却获得满足性能和尺寸要求的铁箔产品。对水冷铜辊8辊面径向跳动及轴向跳动进行控制，并保证辊面的粗糙度精度，目的是保证铁箔制备过程的设备运行稳定可靠，以提高铁箔的质量和生产稳定性。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例中，制备铁箔的工艺过程如图1所示。
利用液位检测装置3对中间包2和喷射包4内工业纯铁熔体的液位进行实时检测，液面低于设定值时停止生产；利用喷射间距测量装置5对喷射包4的喷嘴至水冷铜辊8辊面之间的距离进行实时检测，根据测量结果在线调整水冷铜辊8的位置，保证最佳的喷射距离；利用辊面清理装置7对水冷铜辊8的辊面进行在线清理，保证辊面清洁度满足铁箔制备要求；利用水冷铜辊8实现铁箔的冷却及成型；利用卷取机9其将制备好的铁箔进行卷曲。
本实施例中，铁箔制备的具体步骤如下：
1)在500kg容积的中频感应炉内熔化工业纯铁200kg，中频感应炉采用封闭式炉盖，熔化温度1550℃，工业纯铁成分如下表所示：
工业纯铁成分，％
| C | Si | Mn | P | S | Al | Fe |
| 0.0018 | 0.0050 | 0.03 | 0.003 | 0.0015 | 0.003 | 99.9 |
2)熔化后的工业纯铁经中间包后流入喷射包内，中间包容量50t，喷射包采用容量20t设有BN(氮化硼)喷嘴的钢包，整个浇铸过程处于真空浇铸状态；利用液位检测装置3控制中间包和喷射包内的液面波动小于3mm，中间包采用等离子加热技术，控制整个浇铸过程中间包内钢水温度偏差在±5℃的范围内。
3)工业纯铁熔体经BN喷嘴喷向高速旋转的水冷铜辊，水冷铜辊转速为20m/s，表面粗糙度为1.6μm，铁箔制备过程中水冷铜辊锟面沿径向和轴向的跳动小于3μm，喷嘴至水冷铜辊辊面的距离设定为10mm。
水冷铜辊内部冷却水道的设计原则为：由于冷却水与水冷铜辊表层的热量交换只在接触面附近的水层进行，传热系数随水流速度的提高而增大，因此设计时必须考虑克服水的流动阻力，不能够因水套结垢和锈蚀发生水流阻塞，同时使冷却水流道尽量窄，以使在水流量一定时，达到较高的流速。
工业纯铁熔体在水冷铜辊表面凝固成厚度为20μm的铁箔，成型后的铁箔随水冷铜辊旋转后沿切线方向被甩出，卷取机抓住铁箔带头并建立张力后，保持卷取直流电机电流恒定，电机速度自动随铁箔卷径增大而降低，最终完成在线卷取过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铁箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在中频炉中熔化工业纯铁，工业纯铁的成分与铁箔成分一致，具体成分的重量百分比含量为：C≤0.0030％；Si≤0.01％；Mn≤0.04％；P≤0.005％；S≤0.002％；Al≤0.005％；Fe≥99.8％；其余为不可避免的杂质；
2)熔化后的工业纯铁经过中间包进入喷射包，喷射包为设有喷嘴的钢水容器；熔化后的工业纯铁从喷射包的喷嘴处喷出，在高速旋转的水冷铜辊上快速冷凝为厚度10～30μm的超薄铁箔；
3)铁箔沿水冷铜辊切线方向甩出，由卷取机实现在线卷曲成卷。
2.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，所述中间包具有加热保温功能，熔化后的工业纯铁在中间包内温度控制在1400℃以上，且浇铸过程中间包内工业纯铁熔体的温度偏差小于5℃。
3.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，对中间包和喷射包内的液位进行自动检测，保证铁箔制备过程中液面波动小于±3mm。
4.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，所述喷射包的喷嘴采用BN喷嘴，制备铁箔时对喷嘴到水冷铜辊辊面之间的距离进行实时检测及调整，保证工业纯铁熔体以“平面流”的方式流到水冷铜锟辊面上。
5.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，水冷铜辊运转时锟面沿径向和轴向的跳动均小于5μm，水冷铜辊的表面粗糙度为1.5～2.0μm。
6.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，水冷铜辊的转动速度为10～50m/s，工业纯铁熔体在辊面上的冷却速度为104～106℃/s。
7.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，卷取机设电流双闭环张力控制系统，张力的大小根据需要设定；卷取时，使卷轮的线速度与水冷铜锟的线速度同步，当卷取机抓住铁箔带头并建立张力后，立即控制卷取机直流电机的电流保持恒定，然后随着铁箔带卷直径的增大自动控制直流电机速度相应降低。
8.根据权利要求1所述的一种铁箔的制备方法，其特征在于，水冷铜辊一侧设辊面清理装置及车削装置，辊面清理装置的清理辊紧贴在水冷铜辊的表面上实现在线清理，车削装置用于停机后水冷铜辊辊面的局部或大面积清理。
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