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(liu)酸鈉電解(jie)除鱗原(yuan)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)化學反應如下:
硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4
在陰極上鈉離子(zi)接收(shou)電(dian)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。
SO2-4 - 2e +H2O == H2O4 +1/2O2↑
陽極表面(mian)層液的腐蝕(shi)性強,要采用高硅鑄鐵。在電解過程(cheng)中(zhong)同(tong)時(shi)有(you)氫氣和氧氣放出,應(ying)防范產(chan)生電火(huo)花,以免產(chan)生爆鳴。
b. 陰極(ji)區(qu)鋼板表面的(de)鐵鱗(lin)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. 硫酸鈉電解除鱗的影響(xiang)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. 溶液溫度
為了保持(chi)硫酸鈉有足夠的(de)溶(rong)解(jie)度(du),電(dian)解(jie)液應(ying)保持(chi)在較高(gao)的(de)溫(wen)度(du)下運轉,一般控制在80~85℃,溫(wen)度(du)過高(gao),水分蒸發量大,而且熱能損耗過大,并(bing)不合算。
c. 溶液pH
溶(rong)(rong)(rong)液(ye)酸性(xing)過大,如(ru)pH<3,優(you)先使金(jin)屬基體溶(rong)(rong)(rong)解(jie),鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)(rong)解(jie)減(jian)慢(man);堿性(xing)過大,如(ru)pH>10時(shi),優(you)先發生析氧反應(ying),鐵(tie)鱗溶(rong)(rong)(rong)解(jie)速率也減(jian)慢(man)。但在(zai)化(hua)(hua)學反應(ying)中,溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中的(de)鐵(tie)離(li)子(zi)與氫氧根(gen)離(li)子(zi)結合(he),生成氫氧化(hua)(hua)鐵(tie)不斷(duan)排出,溶(rong)(rong)(rong)液(ye)隨著反應(ying)的(de)進(jin)行,不斷(duan)消耗氫氧根(gen)離(li)子(zi)pH逐漸減(jian)低(di),為了保持(chi)pH在(zai)中性(xing)即pH在(zai)5~7,必須按pH變化(hua)(hua)及時(shi)補充氫氧化(hua)(hua)鈉,以(yi)保持(chi)pH在(zai)5~7之間(jian)。
d. 電流密度
隨(sui)(sui)著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度的(de)(de)增(zeng)大(da)(da),除鱗(lin)(lin)速度加快。圖2-6為(wei)冷軋304不(bu)銹(xiu)鋼電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度與鐵鱗(lin)(lin)去除效果(guo)的(de)(de)關系。電(dian)(dian)解時(shi)間為(wei)10秒,由圖2-6可見,隨(sui)(sui)著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度的(de)(de)增(zeng)加,鐵鱗(lin)(lin)共(gong)降(jiang)效果(guo)明顯(xian)提高電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度提高到15A/dm2以后,除鱗(lin)(lin)效果(guo)沒有明顯(xian)的(de)(de)變(bian)化(hua)。電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度過大(da)(da),會加大(da)(da)電(dian)(dian)極板的(de)(de)消(xiao)耗(hao)。實際生(sheng)產中,根(gen)據鋼種的(de)(de)不(bu)同,電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度選為(wei)10~15A/d㎡2,一(yi)般AISI300系列不(bu)銹(xiu)鋼電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度值比 AISI400系列要高一(yi)些。
e. 電(dian)解液循環
電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)中(zhong)電(dian)極表(biao)面反應(ying)物(酸和堿)不斷(duan)補充到不銹鋼表(biao)面上(shang),在其(qi)表(biao)面上(shang)生(sheng)成的(de)氫氧化鐵(tie)不斷(duan)地(di)排到電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)中(zhong),產(chan)生(sheng)的(de)氣泡及(ji)時(shi)(shi)排走,可加快除(chu)鱗速度,電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)循環流量應(ying)保持(chi)槽(cao)內液(ye)體每小時(shi)(shi)至少更(geng)換8~10次,使溶(rong)液(ye)循環流量保持(chi)紊流的(de)效果最(zui)好。合理地(di)設計酸槽(cao)結構,使電(dian)解(jie)(jie)(jie)液(ye)利用(yong)泵力從(cong)槽(cao)體兩側(ce)直接噴射到鋼板(ban)和電(dian)極表(biao)面,將電(dian)解(jie)(jie)(jie)產(chan)物及(ji)時(shi)(shi)沖刷。
f. 板極間距(ju)
實際生產中,根(gen)據帶鋼板(ban)厚度(du)調整電(dian)極(ji)間(jian)(jian)距,間(jian)(jian)距越(yue)小,電(dian)流(liu)效率越(yue)高,但鋼帶易碰(peng)到電(dian)極(ji)板(ban),產生劃傷,上下(xia)電(dian)極(ji)間(jian)(jian)距以200~300mm為好。
①. 電壓(ya)降(jiang)與鋼帶厚(hou)度的關系見圖2-7。鋼帶越厚(hou),帶鋼電阻(zu)越小(xiao);電極間距減(jian)小(xiao),極板間硫酸鈉溶液的電阻(zu)減(jian)小(xiao),在電解電流(liu)不變時,系統(tong)電阻(zu)減(jian)小(xiao),電壓(ya)降(jiang)低。
②. 電(dian)極間距和鋼(gang)帶厚度(du)對(dui)節能的(de)影響(xiang)見圖2-8。由于(yu)電(dian)壓降低,因電(dian)阻產(chan)生的(de)放熱無(wu)用功也減少,從而提高整個(ge)系統的(de)電(dian)解效(xiao)(xiao)率,即產(chan)生了節能效(xiao)(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(quan)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。