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(dian)極板(ban)表面(mian)發生的電(dian)化學(xue)反應如(ru)下(xia):


   硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4


  在陰極上鈉離子接收電子,水解(jie)放出氫氣和氫氧(yang)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


 陽極表面層液(ye)的腐蝕性強,要采用高硅鑄(zhu)鐵。在電解(jie)過程中(zhong)同時有氫氣(qi)和氧氣(qi)放出,應防范(fan)產生電火花,以(yi)免產生爆鳴(ming)。


 b. 陰極區(qu)鋼板表面的(de)鐵鱗的(de)除(chu)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(suan)鈉電(dian)解(jie)除鱗的影響因素


 a. 硫(liu)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(wei)了保(bao)持(chi)(chi)硫酸鈉有足夠的(de)溶(rong)解度,電解液應(ying)保(bao)持(chi)(chi)在較高(gao)的(de)溫(wen)(wen)度下運轉,一般控制在80~85℃,溫(wen)(wen)度過(guo)高(gao),水分(fen)蒸發量大,而且熱能(neng)損耗過(guo)大,并不合算。


 c. 溶液pH 


  溶(rong)液(ye)(ye)酸性過(guo)(guo)大,如pH<3,優(you)先使金屬基體溶(rong)解,鐵鱗溶(rong)解減(jian)慢;堿性過(guo)(guo)大,如pH>10時,優(you)先發生(sheng)析氧反(fan)應,鐵鱗溶(rong)解速率也減(jian)慢。但在(zai)化學(xue)反(fan)應中(zhong),溶(rong)液(ye)(ye)中(zhong)的鐵離子與氫(qing)(qing)氧根離子結合,生(sheng)成氫(qing)(qing)氧化鐵不(bu)斷排出,溶(rong)液(ye)(ye)隨著反(fan)應的進行,不(bu)斷消耗氫(qing)(qing)氧根離子pH逐漸減(jian)低,為了保持pH在(zai)中(zhong)性即pH在(zai)5~7,必須(xu)按pH變化及時補充氫(qing)(qing)氧化鈉(na),以保持pH在(zai)5~7之間(jian)。


 d. 電流密(mi)度


  隨著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)的增大(da),除鱗(lin)速度(du)加快。圖2-6為(wei)冷軋304不銹鋼電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)與鐵(tie)鱗(lin)去除效果(guo)的關系。電(dian)(dian)解時間為(wei)10秒,由圖2-6可見,隨著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)的增加,鐵(tie)鱗(lin)共降效果(guo)明(ming)顯提高(gao)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)提高(gao)到(dao)15A/dm2以后(hou),除鱗(lin)效果(guo)沒(mei)有明(ming)顯的變化。電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)過(guo)大(da),會加大(da)電(dian)(dian)極板的消耗。實際(ji)生(sheng)產(chan)中(zhong),根(gen)據鋼種(zhong)的不同,電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)選為(wei)10~15A/d㎡2,一般AISI300系列(lie)不銹鋼電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)值比 AISI400系列(lie)要高(gao)一些。


 e. 電解(jie)液循環(huan)


 電解(jie)液中電極表(biao)(biao)面(mian)反應物(酸和堿)不斷(duan)補充(chong)到(dao)不銹鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)上,在其表(biao)(biao)面(mian)上生成的氫氧化鐵不斷(duan)地排到(dao)電解(jie)液中,產(chan)生的氣泡及(ji)(ji)時(shi)排走,可加快除鱗速度,電解(jie)液循環流量(liang)應保(bao)持(chi)槽(cao)內液體(ti)每小時(shi)至少更(geng)換8~10次,使溶液循環流量(liang)保(bao)持(chi)紊流的效果最(zui)好。合(he)理地設計酸槽(cao)結構,使電解(jie)液利(li)用(yong)泵力從槽(cao)體(ti)兩側直(zhi)接噴(pen)射到(dao)鋼(gang)板(ban)和電極表(biao)(biao)面(mian),將電解(jie)產(chan)物及(ji)(ji)時(shi)沖刷(shua)。


 f. 板極間距


 實際生(sheng)產(chan)中(zhong),根據帶鋼板厚度(du)調(diao)整電(dian)極間(jian)距(ju),間(jian)距(ju)越小,電(dian)流效率越高,但鋼帶易碰到電(dian)極板,產(chan)生(sheng)劃傷,上下電(dian)極間(jian)距(ju)以200~300mm為好(hao)。


  ①. 電(dian)(dian)壓降與鋼(gang)帶(dai)厚度的關系見圖2-7。鋼(gang)帶(dai)越厚,帶(dai)鋼(gang)電(dian)(dian)阻越小(xiao);電(dian)(dian)極間(jian)距減(jian)小(xiao),極板間(jian)硫酸(suan)鈉溶液的電(dian)(dian)阻減(jian)小(xiao),在電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流不變時,系統電(dian)(dian)阻減(jian)小(xiao),電(dian)(dian)壓降低。


圖2-7.jpg


  ②. 電極(ji)間距和鋼帶(dai)厚度(du)對節(jie)能的影響見圖2-8。由(you)于(yu)電壓降低,因(yin)電阻產生的放熱無用功(gong)也(ye)減少,從而提高整個(ge)系統的電解效率,即產生了節(jie)能效果。



3. 不(bu)銹鋼(gang)電解除鱗的工藝設備


 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(chu)鱗技術(shu)安全與(yu)經濟效(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。