目前國際上普遍采用中性電解技術去除不銹(xiu)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. 硫酸鈉電解除鱗原理(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(mian)發生(sheng)的電化學反應如下:
硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4
在陰極上鈉(na)離子(zi)接(jie)收電子(zi),水解放出氫氣(qi)和(he)氫氧化鈉(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(yang)極(ji)表(biao)面層(ceng)液(ye)的(de)腐蝕性強,要采用高硅鑄鐵(tie)。在電解過(guo)程(cheng)中同時有(you)氫(qing)氣和氧氣放出(chu),應防范產生電火花,以免產生爆(bao)鳴。
b. 陰極(ji)區(qu)鋼板表面的鐵(tie)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(liu)酸鈉(na)電解除鱗的(de)影響因(yin)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)溫度
為了保(bao)持硫酸鈉(na)有足夠的(de)溶解度(du),電解液應(ying)保(bao)持在較(jiao)高的(de)溫度(du)下運轉,一般控制在80~85℃,溫度(du)過高,水分蒸發量大,而且熱能損耗(hao)過大,并不合算(suan)。
c. 溶(rong)液(ye)pH
溶液(ye)酸性過大,如(ru)pH<3,優(you)先使金(jin)屬基體溶解,鐵鱗(lin)溶解減慢(man);堿性過大,如(ru)pH>10時,優(you)先發生(sheng)析(xi)氧反(fan)應(ying)(ying),鐵鱗(lin)溶解速率也(ye)減慢(man)。但(dan)在化學反(fan)應(ying)(ying)中(zhong),溶液(ye)中(zhong)的(de)鐵離子與氫氧根離子結合,生(sheng)成(cheng)氫氧化鐵不(bu)(bu)斷排出(chu),溶液(ye)隨著(zhu)反(fan)應(ying)(ying)的(de)進行,不(bu)(bu)斷消耗(hao)氫氧根離子pH逐漸減低,為了保持pH在中(zhong)性即(ji)pH在5~7,必須按(an)pH變(bian)化及時補充(chong)氫氧化鈉,以保持pH在5~7之間。
d. 電流(liu)密(mi)度
隨(sui)著(zhu)(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增大,除鱗(lin)速度(du)加快。圖(tu)2-6為冷軋(ya)304不(bu)銹鋼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)與鐵鱗(lin)去除效(xiao)果(guo)的(de)(de)關系。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)時間為10秒,由圖(tu)2-6可見,隨(sui)著(zhu)(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增加,鐵鱗(lin)共降效(xiao)果(guo)明顯提高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)提高到15A/dm2以后,除鱗(lin)效(xiao)果(guo)沒有明顯的(de)(de)變化。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)過大,會加大電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極板的(de)(de)消耗。實際(ji)生產中,根據鋼種(zhong)的(de)(de)不(bu)同,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)選為10~15A/d㎡2,一般AISI300系列(lie)不(bu)銹鋼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)值比 AISI400系列(lie)要高一些。
e. 電解(jie)液循環(huan)
電(dian)解(jie)液(ye)(ye)中電(dian)極(ji)表(biao)面反應物(酸(suan)和堿)不(bu)斷補充到不(bu)銹(xiu)鋼表(biao)面上,在其表(biao)面上生(sheng)成的氫氧(yang)化鐵不(bu)斷地排(pai)到電(dian)解(jie)液(ye)(ye)中,產(chan)生(sheng)的氣泡及時(shi)排(pai)走(zou),可加快(kuai)除鱗速度,電(dian)解(jie)液(ye)(ye)循環流量(liang)應保(bao)持(chi)(chi)槽(cao)內(nei)液(ye)(ye)體每小(xiao)時(shi)至少更換8~10次,使溶液(ye)(ye)循環流量(liang)保(bao)持(chi)(chi)紊(wen)流的效果最(zui)好。合理(li)地設計酸(suan)槽(cao)結構,使電(dian)解(jie)液(ye)(ye)利用泵(beng)力(li)從槽(cao)體兩(liang)側直接噴射到鋼板(ban)和電(dian)極(ji)表(biao)面,將電(dian)解(jie)產(chan)物及時(shi)沖刷。
f. 板極間距
實(shi)際生(sheng)產(chan)中(zhong),根據帶鋼板厚度調整電極(ji)間(jian)距(ju),間(jian)距(ju)越小,電流效(xiao)率越高,但鋼帶易碰到電極(ji)板,產(chan)生(sheng)劃傷,上下電極(ji)間(jian)距(ju)以200~300mm為好。
①. 電(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)(jiang)與鋼帶厚度的(de)關系見圖2-7。鋼帶越厚,帶鋼電(dian)(dian)阻(zu)越小(xiao);電(dian)(dian)極間(jian)距減小(xiao),極板間(jian)硫酸鈉溶(rong)液的(de)電(dian)(dian)阻(zu)減小(xiao),在電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流不變時(shi),系統電(dian)(dian)阻(zu)減小(xiao),電(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)(jiang)低。

②. 電極(ji)間距(ju)和鋼帶厚度對節能的(de)影響(xiang)見圖2-8。由于電壓降低(di),因電阻產生的(de)放熱(re)無用功也減少,從而提高整(zheng)個系統的(de)電解效(xiao)率,即產生了節能效(xiao)果(guo)。
3. 不銹鋼電解除鱗(lin)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(jing)濟效(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。

