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(na)電(dian)解除(chu)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. 電極板表面發生的(de)電化(hua)學反應如下(xia):
硫酸鈉在水中電離: Na2SO4 == 2Na++SO2-4
在陰(yin)極上鈉離子(zi)接收(shou)電子(zi),水(shui)解(jie)放出氫氣和(he)氫氧化鈉。
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↑
陽極表面層液的腐(fu)蝕性強(qiang),要(yao)采用(yong)高硅鑄鐵。在電(dian)解過程中同時有氫氣和氧(yang)氣放(fang)出,應防范產生(sheng)電(dian)火(huo)花,以免產生(sheng)爆(bao)鳴(ming)。
b. 陰極區鋼板表面的(de)鐵(tie)鱗的(de)除(chu)去(qu)
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(chu)鱗的影(ying)響(xiang)因素
a. 硫酸(suan)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(ye)溫(wen)度
為了保(bao)持硫(liu)酸鈉(na)有足夠的溶解(jie)度(du),電解(jie)液(ye)應保(bao)持在較高(gao)的溫度(du)下運(yun)轉,一般控制在80~85℃,溫度(du)過高(gao),水分蒸(zheng)發量大,而且熱能損耗過大,并(bing)不合(he)算。
c. 溶(rong)液pH
溶液(ye)(ye)酸性(xing)(xing)過大(da),如pH<3,優(you)(you)先使(shi)金(jin)屬基體(ti)溶解,鐵(tie)鱗溶解減(jian)慢;堿(jian)性(xing)(xing)過大(da),如pH>10時(shi),優(you)(you)先發生析氧反應(ying),鐵(tie)鱗溶解速率(lv)也(ye)減(jian)慢。但在化學反應(ying)中(zhong),溶液(ye)(ye)中(zhong)的鐵(tie)離(li)子與氫氧根離(li)子結合,生成氫氧化鐵(tie)不(bu)斷(duan)排出,溶液(ye)(ye)隨著反應(ying)的進(jin)行,不(bu)斷(duan)消(xiao)耗氫氧根離(li)子pH逐漸減(jian)低,為了保持pH在中(zhong)性(xing)(xing)即pH在5~7,必須按pH變化及時(shi)補充(chong)氫氧化鈉,以保持pH在5~7之間。
d. 電流(liu)密度
隨著電(dian)流(liu)密度(du)(du)的(de)增大(da)(da),除(chu)(chu)鱗速度(du)(du)加(jia)快(kuai)。圖2-6為冷軋304不銹鋼(gang)電(dian)流(liu)密度(du)(du)與(yu)鐵鱗去除(chu)(chu)效(xiao)果(guo)的(de)關系(xi)。電(dian)解時(shi)間(jian)為10秒,由圖2-6可見,隨著電(dian)流(liu)密度(du)(du)的(de)增加(jia),鐵鱗共降效(xiao)果(guo)明(ming)顯提高(gao)電(dian)流(liu)密度(du)(du)提高(gao)到15A/dm2以后,除(chu)(chu)鱗效(xiao)果(guo)沒有明(ming)顯的(de)變(bian)化。電(dian)流(liu)密度(du)(du)過大(da)(da),會加(jia)大(da)(da)電(dian)極(ji)板(ban)的(de)消耗。實(shi)際生產中,根據鋼(gang)種的(de)不同,電(dian)流(liu)密度(du)(du)選為10~15A/d㎡2,一般AISI300系(xi)列不銹鋼(gang)電(dian)解電(dian)流(liu)密度(du)(du)值比 AISI400系(xi)列要高(gao)一些。
e. 電解液(ye)循(xun)環
電(dian)(dian)(dian)解(jie)液中電(dian)(dian)(dian)極表面反(fan)應(ying)(ying)物(酸和堿)不斷(duan)補(bu)充(chong)到(dao)不銹(xiu)鋼(gang)表面上,在(zai)其表面上生成(cheng)的氫氧化鐵(tie)不斷(duan)地(di)排到(dao)電(dian)(dian)(dian)解(jie)液中,產生的氣泡及時(shi)排走,可(ke)加快除鱗(lin)速度,電(dian)(dian)(dian)解(jie)液循環流量應(ying)(ying)保持(chi)槽內液體每小時(shi)至(zhi)少更換8~10次,使(shi)溶液循環流量保持(chi)紊流的效(xiao)果最好。合理地(di)設計酸槽結構(gou),使(shi)電(dian)(dian)(dian)解(jie)液利用泵力(li)從槽體兩側直接噴射到(dao)鋼(gang)板和電(dian)(dian)(dian)極表面,將(jiang)電(dian)(dian)(dian)解(jie)產物及時(shi)沖(chong)刷。
f. 板極(ji)間距
實際生產中,根據帶(dai)鋼(gang)板厚度調整電(dian)極(ji)(ji)間距,間距越小,電(dian)流效率越高,但鋼(gang)帶(dai)易碰(peng)到電(dian)極(ji)(ji)板,產生劃傷,上下電(dian)極(ji)(ji)間距以200~300mm為好。
①. 電(dian)(dian)壓降與鋼(gang)帶(dai)厚(hou)度(du)的關系(xi)見圖(tu)2-7。鋼(gang)帶(dai)越厚(hou),帶(dai)鋼(gang)電(dian)(dian)阻越小;電(dian)(dian)極間距減(jian)小,極板間硫(liu)酸鈉溶液的電(dian)(dian)阻減(jian)小,在電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)不變(bian)時,系(xi)統電(dian)(dian)阻減(jian)小,電(dian)(dian)壓降低。
②. 電(dian)極(ji)間距(ju)和(he)鋼帶厚度對節能(neng)的(de)(de)影響見圖2-8。由(you)于電(dian)壓降低,因電(dian)阻(zu)產生的(de)(de)放(fang)熱無用功也減少,從而(er)提高(gao)整個系統的(de)(de)電(dian)解效率,即產生了節能(neng)效果(guo)。
3. 不銹鋼電解除鱗的工藝設(she)備(bei)
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濟效益(yi)
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。