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(jie)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(biao)面發生的電化學(xue)反應如下:
硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4
在陰極上鈉離子(zi)接收電子(zi),水(shui)解放出氫(qing)氣和(he)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。
SO2-4 - 2e +H2O == H2O4 +1/2O2↑
陽極表面層(ceng)液的腐蝕性強,要采用高硅鑄鐵。在電解(jie)過程中同時(shi)有氫氣和氧氣放出,應防范產生電火(huo)花,以免產生爆鳴。
b. 陰極區鋼板表面的鐵鱗的除去
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(na)電解(jie)除(chu)鱗的(de)影響因素
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(ye)溫(wen)度
為了保(bao)持(chi)(chi)硫酸(suan)鈉有(you)足夠的溶解度(du),電(dian)解液(ye)應(ying)保(bao)持(chi)(chi)在較(jiao)高(gao)的溫度(du)下運(yun)轉,一般控(kong)制在80~85℃,溫度(du)過高(gao),水分蒸發(fa)量大,而且(qie)熱能(neng)損耗過大,并(bing)不(bu)合(he)算。
c. 溶(rong)液(ye)pH
溶液(ye)酸(suan)性過(guo)大(da)(da),如(ru)pH<3,優(you)先使金屬基(ji)體溶解(jie),鐵鱗溶解(jie)減(jian)(jian)慢;堿(jian)性過(guo)大(da)(da),如(ru)pH>10時(shi),優(you)先發生(sheng)析氧反應,鐵鱗溶解(jie)速率也減(jian)(jian)慢。但(dan)在化(hua)學反應中,溶液(ye)中的(de)鐵離子(zi)與(yu)氫(qing)(qing)氧根離子(zi)結(jie)合,生(sheng)成氫(qing)(qing)氧化(hua)鐵不斷排出,溶液(ye)隨(sui)著(zhu)反應的(de)進(jin)行(xing),不斷消耗氫(qing)(qing)氧根離子(zi)pH逐(zhu)漸(jian)減(jian)(jian)低,為了保(bao)持pH在中性即pH在5~7,必須(xu)按(an)pH變化(hua)及時(shi)補充氫(qing)(qing)氧化(hua)鈉,以保(bao)持pH在5~7之間。
d. 電流密度
隨著(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)增大(da),除(chu)(chu)鱗速(su)度(du)(du)(du)加快。圖2-6為(wei)冷軋304不銹(xiu)鋼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)與鐵(tie)鱗去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)(guo)的(de)關系。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)時(shi)間(jian)為(wei)10秒,由圖2-6可見,隨著(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)增加,鐵(tie)鱗共降效(xiao)果(guo)(guo)明顯(xian)(xian)提高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)提高到(dao)15A/dm2以后,除(chu)(chu)鱗效(xiao)果(guo)(guo)沒有明顯(xian)(xian)的(de)變化。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)過大(da),會加大(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極板的(de)消耗。實際生產中,根據鋼種的(de)不同,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)選(xuan)為(wei)10~15A/d㎡2,一(yi)般AISI300系列不銹(xiu)鋼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)(du)(du)值比 AISI400系列要高一(yi)些。
e. 電解液循環
電解(jie)液中電極(ji)表(biao)面反應(ying)物(酸和堿)不斷(duan)補(bu)充到(dao)不銹鋼(gang)表(biao)面上(shang),在其表(biao)面上(shang)生成(cheng)的氫氧(yang)化鐵不斷(duan)地排到(dao)電解(jie)液中,產生的氣泡及時排走,可加(jia)快(kuai)除鱗(lin)速度,電解(jie)液循(xun)環流量應(ying)保(bao)持槽(cao)(cao)內液體每小時至少更換8~10次(ci),使溶液循(xun)環流量保(bao)持紊(wen)流的效果最好。合理地設計酸槽(cao)(cao)結構(gou),使電解(jie)液利用泵力從槽(cao)(cao)體兩側直接(jie)噴射到(dao)鋼(gang)板和電極(ji)表(biao)面,將電解(jie)產物及時沖刷(shua)。
f. 板極間距
實際生(sheng)產中,根據帶(dai)鋼(gang)板(ban)厚度調(diao)整(zheng)電極(ji)間(jian)距,間(jian)距越小,電流效率(lv)越高,但(dan)鋼(gang)帶(dai)易(yi)碰到電極(ji)板(ban),產生(sheng)劃(hua)傷,上下電極(ji)間(jian)距以200~300mm為好。
①. 電(dian)(dian)壓降(jiang)與鋼帶厚度的關系(xi)見圖2-7。鋼帶越(yue)厚,帶鋼電(dian)(dian)阻(zu)越(yue)小;電(dian)(dian)極間距減(jian)小,極板間硫酸鈉溶液的電(dian)(dian)阻(zu)減(jian)小,在電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)不變時,系(xi)統電(dian)(dian)阻(zu)減(jian)小,電(dian)(dian)壓降(jiang)低。
②. 電極間距和鋼帶厚度對(dui)節能(neng)(neng)的影響見圖2-8。由于電壓降低(di),因電阻產(chan)生的放(fang)熱無用功也減少,從而提高整個系統的電解效率,即(ji)產(chan)生了(le)節能(neng)(neng)效果。
3. 不銹(xiu)鋼電解(jie)除鱗的(de)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。