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(dian)解除(chu)鱗(lin)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)生的電(dian)化(hua)學反應如下:


   硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4


  在(zai)陰極上鈉離子(zi)接收(shou)電子(zi),水解放出氫(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(yang)極(ji)表面層(ceng)液的(de)腐蝕性強,要采(cai)用高硅鑄鐵。在電(dian)解(jie)過程中同時有氫氣和(he)氧氣放出(chu),應防范產(chan)生電(dian)火花,以免產(chan)生爆鳴。


 b. 陰極區鋼板表面的(de)鐵鱗的(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(jie)除鱗的(de)影響因素(su)


 a. 硫酸鈉濃(nong)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(ye)溫度


 為(wei)了保持硫酸鈉有足夠的溶解度(du),電解液應(ying)保持在較(jiao)高的溫(wen)度(du)下運轉,一般控(kong)制在80~85℃,溫(wen)度(du)過高,水分(fen)蒸發量大(da),而且熱(re)能損耗過大(da),并(bing)不(bu)合(he)算(suan)。


 c. 溶液pH 


  溶(rong)(rong)(rong)液酸性(xing)過大,如pH<3,優(you)先使金屬基(ji)體溶(rong)(rong)(rong)解,鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)(rong)解減(jian)慢;堿性(xing)過大,如pH>10時(shi),優(you)先發生(sheng)析氧(yang)(yang)(yang)(yang)反應,鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)(rong)解速(su)率也減(jian)慢。但在(zai)(zai)化(hua)學反應中(zhong),溶(rong)(rong)(rong)液中(zhong)的鐵(tie)離子與氫(qing)(qing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)根離子結合,生(sheng)成氫(qing)(qing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鐵(tie)不(bu)斷排(pai)出,溶(rong)(rong)(rong)液隨著(zhu)反應的進行,不(bu)斷消耗(hao)氫(qing)(qing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)根離子pH逐(zhu)漸減(jian)低,為了(le)保(bao)持pH在(zai)(zai)中(zhong)性(xing)即pH在(zai)(zai)5~7,必須按pH變化(hua)及時(shi)補(bu)充氫(qing)(qing)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鈉,以保(bao)持pH在(zai)(zai)5~7之間。


 d. 電流密度


  隨(sui)著(zhu)電流(liu)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增大(da),除(chu)鱗(lin)(lin)速度(du)加(jia)快。圖2-6為(wei)(wei)冷軋(ya)304不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)電流(liu)密(mi)(mi)度(du)與鐵(tie)(tie)鱗(lin)(lin)去除(chu)效(xiao)果的(de)(de)關(guan)系。電解時間(jian)為(wei)(wei)10秒,由圖2-6可見,隨(sui)著(zhu)電流(liu)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增加(jia),鐵(tie)(tie)鱗(lin)(lin)共降(jiang)效(xiao)果明顯提高(gao)電流(liu)密(mi)(mi)度(du)提高(gao)到15A/dm2以后(hou),除(chu)鱗(lin)(lin)效(xiao)果沒有明顯的(de)(de)變(bian)化。電流(liu)密(mi)(mi)度(du)過大(da),會加(jia)大(da)電極板的(de)(de)消耗。實(shi)際生產中,根(gen)據鋼(gang)種的(de)(de)不同,電流(liu)密(mi)(mi)度(du)選(xuan)為(wei)(wei)10~15A/d㎡2,一般AISI300系列不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)電解電流(liu)密(mi)(mi)度(du)值比(bi) AISI400系列要高(gao)一些。


 e. 電解液循(xun)環


 電解液中電極表面反應(ying)(ying)物(wu)(酸和堿)不斷補充到不銹鋼表面上,在其表面上生成的(de)氫氧化鐵不斷地排到電解液中,產生的(de)氣泡及(ji)(ji)時排走,可加快除鱗(lin)速度,電解液循環(huan)流量應(ying)(ying)保(bao)持槽(cao)內液體每小(xiao)時至少更換8~10次,使(shi)溶(rong)液循環(huan)流量保(bao)持紊流的(de)效果最(zui)好。合(he)理地設(she)計酸槽(cao)結構,使(shi)電解液利用泵力從(cong)槽(cao)體兩側直(zhi)接(jie)噴(pen)射到鋼板和電極表面,將電解產物(wu)及(ji)(ji)時沖刷。


 f. 板極間距


 實際生(sheng)產中,根據帶(dai)鋼板厚度調整電(dian)(dian)極(ji)間距,間距越(yue)小,電(dian)(dian)流效率越(yue)高,但鋼帶(dai)易碰到電(dian)(dian)極(ji)板,產生(sheng)劃傷,上(shang)下電(dian)(dian)極(ji)間距以(yi)200~300mm為好。


  ①. 電壓(ya)(ya)降與鋼(gang)帶厚度的(de)關系(xi)見圖2-7。鋼(gang)帶越(yue)厚,帶鋼(gang)電阻越(yue)小(xiao);電極間(jian)距減小(xiao),極板間(jian)硫酸鈉溶液的(de)電阻減小(xiao),在電解(jie)電流不變時(shi),系(xi)統電阻減小(xiao),電壓(ya)(ya)降低(di)。


圖2-7.jpg


  ②. 電(dian)極(ji)間距和鋼帶厚度對節能的影響(xiang)見(jian)圖2-8。由(you)于電(dian)壓降(jiang)低,因電(dian)阻產生(sheng)的放熱無用功也減少,從而提高整個系統的電(dian)解效率,即產生(sheng)了節能效果。



3. 不(bu)銹鋼(gang)電解(jie)除鱗的(de)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. 電解除鱗技術(shu)安全與經濟(ji)效(xiao)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。