目前國際上普遍采用中性電解技術去除不銹鋼(gang)表面的鐵鱗。氧化皮在電流的作用下強制溶解,處理速度快,效率高,表面“酸洗”質量好。


1. 硫酸鈉電解除鱗原理


一般采用20%的硫酸鈉(Na2O4)溶液,溫度85℃,pH5~7,控制六價鉻離子含量3~5g/L,陰極電流密度10~14A/dm2,陰極處理時間10~12秒。


a. 電極板表面發(fa)生的(de)電化學反應如下:


   硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4


  在陰(yin)極上鈉離子(zi)接收電子(zi),水解放出氫氣和(he)氫氧化鈉。


    2Na++2e+2H2O == H2↑+2NaOH


 陽極上則SO2-4放出電子,表面生成硫酸,并放出氧氣,腐蝕性強,材質采用高硅鑄鐵。


  SO2-- 2e +H2O == H2O+1/2O2


 陽極表面層液的腐(fu)蝕性強,要(yao)采用高硅(gui)鑄(zhu)鐵(tie)。在(zai)電解過程中同時有氫(qing)氣和氧氣放出,應防(fang)范產生電火花,以免產生爆(bao)鳴(ming)。


 b. 陰極區(qu)鋼板表(biao)面的鐵(tie)鱗的除去


 不銹鋼帶上的鐵鱗即氧化鐵(Fe2O3)作為相對陽極,被表面生成的硫酸發生化學溶解,同時被氫氣沖擊、撕裂和攪拌,加速溶解成三價鐵離子,加速作用很重要,使基體金屬避免發生過腐蝕現象,反應式如下:


 Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O


 而Fe2(SO4)3中的三價鐵離子又會與陰極表面生成的氫氧離子生成氫氧化鐵沉淀,應及時排走,以免堵塞通道,影響電解效率,反應為:


  Fe3++3OH== Fe(OH)3


 不銹鋼表面鐵鱗中含有氧化鉻成分(Cr2O3),溶解后生成三價鉻離子,部分形成氫氧化鉻[Cr(OH)3沉淀,隨氫氧化鐵沉淀而被排除,部分三價鉻被生成的氧原子氧化而形成六價鉻離子(CrO2-4)留在溶液中,六價鉻離子的含量控制在3~5g/L。



2. 硫酸(suan)鈉電解除鱗的影響因素


 a. 硫酸(suan)鈉濃(nong)度(du)


  以20%濃度為佳,隨著硫酸鈉濃度的提高,溶液電阻減小,導電性增強,電解效率提高,但濃度超過25%,溶液溫度下降時易造成硫酸鈉結晶析出,堵塞管路和換熱器,損壞閥門、水泵。故停止生產時,首先要排出電解液,硫酸鈉濃度可用比重計控制在1.18~1.20g/cm3,大致在20%上下。


 b. 溶(rong)液(ye)溫度


 為了保持硫酸鈉有足夠的溶解度,電(dian)解液應保持在較高的溫度下(xia)運(yun)轉,一般控(kong)制在80~85℃,溫度過高,水(shui)分蒸發量大,而且熱能(neng)損耗過大,并不(bu)合算。


 c. 溶液pH 


  溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)酸性(xing)過大,如pH<3,優先使(shi)金屬基體溶(rong)(rong)解,鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)解減慢;堿性(xing)過大,如pH>10時(shi),優先發生析氧(yang)反(fan)應(ying),鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)解速率也減慢。但在(zai)(zai)化學反(fan)應(ying)中(zhong),溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)中(zhong)的鐵(tie)離子與氫(qing)氧(yang)根離子結合,生成氫(qing)氧(yang)化鐵(tie)不(bu)斷排(pai)出,溶(rong)(rong)液(ye)(ye)(ye)隨著反(fan)應(ying)的進行,不(bu)斷消耗氫(qing)氧(yang)根離子pH逐漸減低,為了(le)保持(chi)pH在(zai)(zai)中(zhong)性(xing)即pH在(zai)(zai)5~7,必須按pH變化及時(shi)補充(chong)氫(qing)氧(yang)化鈉,以保持(chi)pH在(zai)(zai)5~7之間。


 d. 電流密度


  隨(sui)著電(dian)流(liu)(liu)密度(du)的增(zeng)大(da),除鱗(lin)速度(du)加(jia)(jia)快。圖2-6為(wei)冷軋(ya)304不(bu)(bu)銹鋼電(dian)流(liu)(liu)密度(du)與鐵(tie)鱗(lin)去除效(xiao)(xiao)果的關系(xi)。電(dian)解(jie)時間為(wei)10秒,由圖2-6可見,隨(sui)著電(dian)流(liu)(liu)密度(du)的增(zeng)加(jia)(jia),鐵(tie)鱗(lin)共降(jiang)效(xiao)(xiao)果明顯提高(gao)(gao)(gao)電(dian)流(liu)(liu)密度(du)提高(gao)(gao)(gao)到15A/dm2以(yi)后,除鱗(lin)效(xiao)(xiao)果沒有明顯的變化。電(dian)流(liu)(liu)密度(du)過大(da),會加(jia)(jia)大(da)電(dian)極板的消耗。實際生產中(zhong),根據鋼種的不(bu)(bu)同(tong),電(dian)流(liu)(liu)密度(du)選為(wei)10~15A/d㎡2,一般AISI300系(xi)列不(bu)(bu)銹鋼電(dian)解(jie)電(dian)流(liu)(liu)密度(du)值比 AISI400系(xi)列要高(gao)(gao)(gao)一些。


 e. 電解(jie)液循環


 電(dian)解液中(zhong)電(dian)極(ji)表(biao)面(mian)反(fan)應(ying)物(wu)(酸和(he)堿(jian))不(bu)(bu)斷補(bu)充到(dao)不(bu)(bu)銹鋼表(biao)面(mian)上,在其表(biao)面(mian)上生(sheng)成(cheng)的(de)氫氧化鐵不(bu)(bu)斷地排到(dao)電(dian)解液中(zhong),產生(sheng)的(de)氣泡及時排走,可加快除鱗速度,電(dian)解液循環(huan)流(liu)量應(ying)保(bao)持槽(cao)內液體每小時至少更換8~10次(ci),使溶液循環(huan)流(liu)量保(bao)持紊流(liu)的(de)效果(guo)最好。合理地設(she)計酸槽(cao)結構(gou),使電(dian)解液利用泵(beng)力從槽(cao)體兩側直接噴射到(dao)鋼板和(he)電(dian)極(ji)表(biao)面(mian),將電(dian)解產物(wu)及時沖刷。


 f. 板(ban)極間距


 實際生產中(zhong),根(gen)據帶鋼板(ban)厚(hou)度(du)調(diao)整(zheng)電極(ji)間距(ju),間距(ju)越小,電流(liu)效(xiao)率越高,但(dan)鋼帶易碰到電極(ji)板(ban),產生劃(hua)傷,上下(xia)電極(ji)間距(ju)以200~300mm為(wei)好。


  ①. 電(dian)壓降(jiang)(jiang)與(yu)鋼(gang)帶厚度的關(guan)系見圖(tu)2-7。鋼(gang)帶越厚,帶鋼(gang)電(dian)阻越小;電(dian)極(ji)間距減(jian)(jian)小,極(ji)板間硫(liu)酸鈉溶液的電(dian)阻減(jian)(jian)小,在電(dian)解電(dian)流不(bu)變時,系統電(dian)阻減(jian)(jian)小,電(dian)壓降(jiang)(jiang)低(di)。


圖2-7.jpg


  ②. 電極間距和鋼帶厚度(du)對節能(neng)的影(ying)響見(jian)圖2-8。由于(yu)電壓降低,因電阻(zu)產生(sheng)的放熱無(wu)用功(gong)也減(jian)少,從而提高整個(ge)系統的電解效率,即產生(sheng)了節能(neng)效果。



3. 不銹鋼(gang)電解除鱗的工藝設備


 圖2-9為硫酸鈉電解加熱循環系統工藝原理圖:鋼帶借助膠輥輸送入電解槽中,移動速度按電解處理時間10~12秒計電解槽中布置有陰極和陽極,由電解整流器送入電流至陽極板和陰極板上,陰極電流密度為10~14A/d㎡。固體硫酸鈉(Na2SO4)直接倒入循環罐內,加水攪拌溶解,稀釋成20%濃度,用循環泵經過濾器、換熱器,出口設有溫度傳感器,加熱到85℃溫度時,自動控制氣動閥,溶液由循環泵泵入電解槽循環使用,循環泵流量200m3/h,揚程30m,上下電極間距根據鋼帶板形控制在200~300mm之間。電解產生的鐵鱗或氫氧化鐵等污泥沉積在循環罐錐形底部,通過自動排污系統排出,進行分離處理,清液回收利用。電解槽和電極板每隔10天左右清理沖洗一次,以免堵塞。


圖2-9.jpg



4. 電解除鱗(lin)技(ji)術安全(quan)與經(jing)濟(ji)效益


 生產高質量不銹鋼板,采用中性電解除鱗技術,不銹鋼制作的質量有大幅提高,極大地提高了市場競爭力,雖然設備復雜,投資運行成本高,但還是以電解除鱗安全,鋼帶表面質量好而合算,經濟效益高。