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(dian)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(ban)表面發生的電化學反(fan)應如下:
硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4
在陰極(ji)上鈉(na)離子接收電子,水(shui)解(jie)放出氫(qing)氣和氫(qing)氧化鈉(na)。
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。
SO2-4 - 2e +H2O == H2O4 +1/2O2↑
陽極表面層液(ye)的(de)腐(fu)蝕性強(qiang),要采用高硅鑄鐵。在電解過程中同時有氫氣和氧氣放(fang)出,應防范產(chan)生(sheng)電火(huo)花(hua),以免(mian)產(chan)生(sheng)爆鳴(ming)。
b. 陰極(ji)區(qu)鋼板表面的鐵鱗(lin)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. 硫酸鈉電解除鱗的影(ying)響因(yin)素
a. 硫酸鈉濃(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. 溶液溫度
為了(le)保持(chi)硫酸鈉(na)有足夠的(de)溶解(jie)度,電解(jie)液應保持(chi)在較高的(de)溫度下運(yun)轉,一般控制(zhi)在80~85℃,溫度過(guo)高,水(shui)分(fen)蒸發量大,而且(qie)熱(re)能(neng)損耗(hao)過(guo)大,并(bing)不合算(suan)。
c. 溶液(ye)pH
溶(rong)液(ye)酸性(xing)過(guo)大,如(ru)pH<3,優(you)先使金屬基(ji)體溶(rong)解,鐵鱗溶(rong)解減慢(man);堿(jian)性(xing)過(guo)大,如(ru)pH>10時,優(you)先發(fa)生(sheng)析(xi)氧(yang)反應(ying),鐵鱗溶(rong)解速率也減慢(man)。但在(zai)(zai)化(hua)學反應(ying)中,溶(rong)液(ye)中的鐵離(li)(li)子與氫氧(yang)根離(li)(li)子結合,生(sheng)成氫氧(yang)化(hua)鐵不(bu)斷排(pai)出,溶(rong)液(ye)隨著反應(ying)的進(jin)行(xing),不(bu)斷消耗氫氧(yang)根離(li)(li)子pH逐漸減低,為了保持pH在(zai)(zai)中性(xing)即(ji)pH在(zai)(zai)5~7,必須按(an)pH變化(hua)及時補充氫氧(yang)化(hua)鈉,以保持pH在(zai)(zai)5~7之間(jian)。
d. 電流密度
隨(sui)(sui)著(zhu)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度的增大(da),除鱗(lin)速(su)度加(jia)快。圖2-6為冷軋304不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度與鐵(tie)鱗(lin)去(qu)除效(xiao)果(guo)(guo)的關(guan)系(xi)。電(dian)解(jie)時間為10秒,由圖2-6可見,隨(sui)(sui)著(zhu)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度的增加(jia),鐵(tie)鱗(lin)共降效(xiao)果(guo)(guo)明顯(xian)(xian)提高(gao)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度提高(gao)到15A/dm2以后,除鱗(lin)效(xiao)果(guo)(guo)沒有明顯(xian)(xian)的變化。電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度過大(da),會加(jia)大(da)電(dian)極板的消耗。實際(ji)生產中,根據鋼(gang)(gang)種的不(bu)同,電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度選為10~15A/d㎡2,一般(ban)AISI300系(xi)列不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)電(dian)解(jie)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度值比 AISI400系(xi)列要高(gao)一些。
e. 電解液循(xun)環
電(dian)(dian)解液(ye)(ye)中電(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)(biao)面(mian)(mian)反應(ying)物(酸和堿)不斷補充到(dao)(dao)不銹鋼(gang)(gang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)上,在(zai)其表(biao)(biao)面(mian)(mian)上生成的氫氧化鐵(tie)不斷地(di)排到(dao)(dao)電(dian)(dian)解液(ye)(ye)中,產生的氣(qi)泡(pao)及(ji)時排走,可加(jia)快除鱗(lin)速度,電(dian)(dian)解液(ye)(ye)循環流量應(ying)保(bao)持槽(cao)內液(ye)(ye)體(ti)每小時至少更換8~10次,使溶(rong)液(ye)(ye)循環流量保(bao)持紊(wen)流的效(xiao)果最好。合理地(di)設計(ji)酸槽(cao)結構(gou),使電(dian)(dian)解液(ye)(ye)利(li)用泵力從(cong)槽(cao)體(ti)兩(liang)側直接噴射到(dao)(dao)鋼(gang)(gang)板和電(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)(biao)面(mian)(mian),將電(dian)(dian)解產物及(ji)時沖刷。
f. 板極間(jian)距
實際生(sheng)產(chan)中(zhong),根據(ju)帶(dai)鋼板厚度調整電極(ji)間距,間距越(yue)小(xiao),電流(liu)效率(lv)越(yue)高,但(dan)鋼帶(dai)易碰到電極(ji)板,產(chan)生(sheng)劃傷,上下電極(ji)間距以200~300mm為好。
①. 電(dian)壓(ya)降與鋼(gang)帶(dai)厚度(du)的(de)(de)關(guan)系見圖2-7。鋼(gang)帶(dai)越厚,帶(dai)鋼(gang)電(dian)阻越小;電(dian)極(ji)間(jian)距減(jian)小,極(ji)板間(jian)硫(liu)酸鈉(na)溶液的(de)(de)電(dian)阻減(jian)小,在電(dian)解電(dian)流不(bu)變時,系統電(dian)阻減(jian)小,電(dian)壓(ya)降低。
②. 電(dian)(dian)(dian)極間距(ju)和鋼帶厚(hou)度對節能的(de)影響見圖2-8。由于電(dian)(dian)(dian)壓(ya)降低(di),因電(dian)(dian)(dian)阻(zu)產生的(de)放熱無用功也減少,從而提高整個系統的(de)電(dian)(dian)(dian)解(jie)效率,即產生了節能效果。
3. 不銹鋼電解除(chu)鱗的工藝設(she)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。
4. 電解除鱗技術安全與(yu)經濟(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。