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. 硫酸鈉電解除(chu)鱗原(yuan)理(li)


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. 電極板表面發生(sheng)的電化學反(fan)應如下:


   硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4


  在(zai)陰極上鈉離子(zi)接收電子(zi),水解放(fang)出氫(qing)氣和氫(qing)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(ye)的腐蝕性強,要采用高(gao)硅鑄鐵。在電(dian)解過(guo)程中(zhong)同時有氫氣和(he)氧氣放出,應防(fang)范產生(sheng)電(dian)火花(hua),以免(mian)產生(sheng)爆鳴。


 b. 陰極區鋼板表面的(de)鐵(tie)鱗的(de)除去(qu)


 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(na)電解除鱗的(de)影(ying)響因素


 a. 硫酸鈉濃度


  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


 為了保(bao)持(chi)(chi)硫酸鈉有(you)足(zu)夠的(de)溶解度,電解液應保(bao)持(chi)(chi)在較(jiao)高的(de)溫度下(xia)運(yun)轉,一般控制在80~85℃,溫度過(guo)高,水分(fen)蒸發量大,而(er)且(qie)熱能損耗過(guo)大,并不合算(suan)。


 c. 溶液pH 


  溶液酸性過(guo)大,如(ru)pH<3,優先使(shi)金屬基體溶解(jie),鐵鱗溶解(jie)減(jian)慢;堿性過(guo)大,如(ru)pH>10時,優先發(fa)生析氧反(fan)應,鐵鱗溶解(jie)速率(lv)也減(jian)慢。但(dan)在化(hua)學(xue)反(fan)應中(zhong),溶液中(zhong)的鐵離子(zi)與(yu)氫氧根離子(zi)結合,生成(cheng)氫氧化(hua)鐵不(bu)斷排出(chu),溶液隨著反(fan)應的進行,不(bu)斷消耗氫氧根離子(zi)pH逐漸減(jian)低,為了保持(chi)pH在中(zhong)性即pH在5~7,必(bi)須按pH變化(hua)及時補充(chong)氫氧化(hua)鈉,以保持(chi)pH在5~7之間(jian)。


 d. 電流密度(du)


  隨著電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)增大,除(chu)鱗(lin)速度(du)(du)(du)加(jia)快(kuai)。圖2-6為冷(leng)軋304不(bu)銹鋼(gang)電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)與鐵(tie)鱗(lin)去除(chu)效果(guo)的(de)關系(xi)。電解時間為10秒(miao),由(you)圖2-6可(ke)見,隨著電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)增加(jia),鐵(tie)鱗(lin)共(gong)降效果(guo)明顯提(ti)高電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)提(ti)高到15A/dm2以后(hou),除(chu)鱗(lin)效果(guo)沒有(you)明顯的(de)變化。電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)過大,會加(jia)大電極板的(de)消耗。實際生(sheng)產中,根據鋼(gang)種的(de)不(bu)同,電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)選為10~15A/d㎡2,一般AISI300系(xi)列不(bu)銹鋼(gang)電解電流(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)值比 AISI400系(xi)列要高一些。


 e. 電解液循環


 電(dian)(dian)解(jie)(jie)液中(zhong)電(dian)(dian)極表面(mian)反應物(酸和(he)堿)不斷補充到不銹鋼表面(mian)上(shang),在其表面(mian)上(shang)生(sheng)成的氫氧化鐵不斷地排到電(dian)(dian)解(jie)(jie)液中(zhong),產生(sheng)的氣泡(pao)及時排走,可加(jia)快除(chu)鱗速(su)度,電(dian)(dian)解(jie)(jie)液循環(huan)流(liu)量應保持槽內液體(ti)每小時至(zhi)少更換8~10次,使溶液循環(huan)流(liu)量保持紊流(liu)的效果最好(hao)。合理地設計酸槽結構,使電(dian)(dian)解(jie)(jie)液利用泵力從槽體(ti)兩(liang)側直(zhi)接(jie)噴射到鋼板和(he)電(dian)(dian)極表面(mian),將電(dian)(dian)解(jie)(jie)產物及時沖刷。


 f. 板極間距


 實際(ji)生產中,根據帶鋼板(ban)厚度調整(zheng)電(dian)極間(jian)(jian)距(ju),間(jian)(jian)距(ju)越小,電(dian)流效率(lv)越高,但鋼帶易碰到電(dian)極板(ban),產生劃傷,上下(xia)電(dian)極間(jian)(jian)距(ju)以200~300mm為好(hao)。


  ①. 電(dian)壓降與(yu)鋼(gang)帶厚(hou)度的(de)關系見圖2-7。鋼(gang)帶越厚(hou),帶鋼(gang)電(dian)阻越小(xiao);電(dian)極(ji)間(jian)距減小(xiao),極(ji)板間(jian)硫(liu)酸(suan)鈉溶液的(de)電(dian)阻減小(xiao),在電(dian)解(jie)電(dian)流不變時,系統電(dian)阻減小(xiao),電(dian)壓降低。


圖2-7.jpg


  ②. 電(dian)(dian)極間距和鋼(gang)帶厚度對節能的(de)影響(xiang)見圖2-8。由于電(dian)(dian)壓降低(di),因電(dian)(dian)阻產生(sheng)的(de)放熱(re)無用功也減少,從而提(ti)高整個系統的(de)電(dian)(dian)解效率(lv),即產生(sheng)了節能效果。



3. 不(bu)銹鋼(gang)電解除鱗的工藝設備(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(chu)鱗技術安全與經濟效益


 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。