目前國際上普遍采用中性電解技術去除不銹鋼表面的鐵鱗。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(na)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(dian)極板表面發(fa)生(sheng)的電(dian)化(hua)學反(fan)應如下:


   硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4


  在陰極上鈉離子接收電子,水(shui)解放出氫氣和(he)氫氧(yang)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(yang)極(ji)表(biao)面層(ceng)液的腐蝕性強(qiang),要采用高硅鑄鐵。在電解(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)同時有氫氣和(he)氧氣放(fang)出,應防范產(chan)生(sheng)電火花,以免(mian)產(chan)生(sheng)爆鳴。


 b. 陰極區鋼(gang)板表(biao)面的(de)鐵(tie)鱗(lin)的(de)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. 硫酸鈉電解除鱗(lin)的影響因素


 a. 硫(liu)酸(suan)鈉濃度


  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)液溫度(du)


 為了保(bao)持硫(liu)酸(suan)鈉有足夠(gou)的溶解度,電解液應保(bao)持在較高的溫度下運轉,一(yi)般(ban)控制在80~85℃,溫度過(guo)(guo)高,水分蒸發量(liang)大,而且熱能損(sun)耗過(guo)(guo)大,并不(bu)合(he)算。


 c. 溶液pH 


  溶(rong)(rong)液酸(suan)性(xing)過大(da),如(ru)(ru)pH<3,優(you)先使(shi)金屬(shu)基體溶(rong)(rong)解,鐵(tie)(tie)(tie)鱗溶(rong)(rong)解減(jian)慢(man);堿性(xing)過大(da),如(ru)(ru)pH>10時,優(you)先發(fa)生析氧反(fan)應(ying),鐵(tie)(tie)(tie)鱗溶(rong)(rong)解速率也減(jian)慢(man)。但在(zai)化(hua)學反(fan)應(ying)中,溶(rong)(rong)液中的鐵(tie)(tie)(tie)離(li)子與(yu)氫氧根(gen)離(li)子結合,生成氫氧化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)不斷排出,溶(rong)(rong)液隨著反(fan)應(ying)的進行,不斷消耗(hao)氫氧根(gen)離(li)子pH逐(zhu)漸減(jian)低,為了(le)保持pH在(zai)中性(xing)即pH在(zai)5~7,必(bi)須按pH變(bian)化(hua)及時補充氫氧化(hua)鈉,以(yi)保持pH在(zai)5~7之間。


 d. 電流密度


  隨著電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)的(de)(de)(de)增大,除鱗(lin)(lin)(lin)速度(du)(du)加(jia)快。圖2-6為冷軋304不銹(xiu)鋼電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)與(yu)鐵鱗(lin)(lin)(lin)去除效(xiao)(xiao)果的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。電(dian)(dian)解(jie)時間(jian)為10秒,由圖2-6可見,隨著電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)的(de)(de)(de)增加(jia),鐵鱗(lin)(lin)(lin)共降效(xiao)(xiao)果明(ming)顯提高(gao)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)提高(gao)到15A/dm2以后,除鱗(lin)(lin)(lin)效(xiao)(xiao)果沒(mei)有明(ming)顯的(de)(de)(de)變(bian)化。電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)過大,會(hui)加(jia)大電(dian)(dian)極板的(de)(de)(de)消耗。實際生產中,根據(ju)鋼種(zhong)的(de)(de)(de)不同,電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)選為10~15A/d㎡2,一般(ban)AISI300系(xi)列不銹(xiu)鋼電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)(du)值比 AISI400系(xi)列要高(gao)一些。


 e. 電解液循(xun)環(huan)


 電(dian)(dian)(dian)解液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)電(dian)(dian)(dian)極表(biao)(biao)面(mian)反應物(酸和(he)堿)不斷補充到(dao)不銹鋼表(biao)(biao)面(mian)上,在其表(biao)(biao)面(mian)上生成的氫氧(yang)化鐵不斷地(di)排(pai)到(dao)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)(ye)中(zhong)(zhong),產生的氣泡及時(shi)排(pai)走,可加快(kuai)除鱗速度,電(dian)(dian)(dian)解液(ye)(ye)循環(huan)流(liu)量應保(bao)持(chi)槽內(nei)液(ye)(ye)體(ti)每小時(shi)至(zhi)少更(geng)換8~10次,使(shi)溶液(ye)(ye)循環(huan)流(liu)量保(bao)持(chi)紊流(liu)的效(xiao)果最(zui)好。合理地(di)設計酸槽結構,使(shi)電(dian)(dian)(dian)解液(ye)(ye)利用泵力從(cong)槽體(ti)兩側直接噴射到(dao)鋼板和(he)電(dian)(dian)(dian)極表(biao)(biao)面(mian),將電(dian)(dian)(dian)解產物及時(shi)沖刷(shua)。


 f. 板極間距


 實際生(sheng)產(chan)(chan)中(zhong),根據(ju)帶鋼板厚度調整電極(ji)(ji)間(jian)距(ju),間(jian)距(ju)越(yue)小,電流效(xiao)率越(yue)高,但鋼帶易(yi)碰(peng)到電極(ji)(ji)板,產(chan)(chan)生(sheng)劃傷,上下電極(ji)(ji)間(jian)距(ju)以200~300mm為好。


  ①. 電(dian)(dian)壓(ya)降與鋼帶厚度的(de)關系見圖2-7。鋼帶越(yue)厚,帶鋼電(dian)(dian)阻(zu)越(yue)小(xiao);電(dian)(dian)極間(jian)距減(jian)小(xiao),極板(ban)間(jian)硫酸鈉溶液的(de)電(dian)(dian)阻(zu)減(jian)小(xiao),在(zai)電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流不變時,系統(tong)電(dian)(dian)阻(zu)減(jian)小(xiao),電(dian)(dian)壓(ya)降低。


圖2-7.jpg


  ②. 電(dian)極(ji)間距和鋼帶厚(hou)度對(dui)節能(neng)的影響見圖2-8。由于電(dian)壓(ya)降低,因電(dian)阻產生(sheng)的放(fang)熱無(wu)用功也(ye)減少(shao),從而提高整個(ge)系統的電(dian)解效率,即產生(sheng)了節能(neng)效果。



3. 不(bu)銹鋼電(dian)解除鱗的(de)工藝設備(bei)


 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. 電解除鱗技術安全與經(jing)濟效益


 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。