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鍍錫基板表面清洗工藝實(shí)踐
薄煒
(梅山鋼鐵公司冷軋廠南京210039)
摘要：電解脫脂清洗是鍍錫生產(chǎn)工藝中不可缺少的組成部分，重點(diǎn)從適合去除濕平整工藝下帶鋼表面殘留脂類平整液的脫脂劑進(jìn)行分析，從脫脂劑的選擇、清洗質(zhì)量等幾個(gè)方面對(duì)梅鋼電鍍錫機(jī)組清洗工藝進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：電鍍錫電解清洗清洗劑
在冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中，帶鋼表面總殘留著一些油脂、鐵粉和灰塵等雜質(zhì)［1］。如果不對(duì)帶鋼進(jìn)行表面清洗，各種雜質(zhì)會(huì)被帶到下一工序，從而引起比較嚴(yán)重的表面質(zhì)量問題，尤其是電鍍錫產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于脫脂除油不徹底而導(dǎo)致鍍層不良的比例一般占60%～80%。
冷軋帶鋼板上的污垢主要是冷軋液、機(jī)油、炭粒和鐵粉等。冷軋液通常是天然或人工合成的動(dòng)、植物油，機(jī)油來源于軋機(jī)的軸承及其它潤滑部位，在軋制時(shí)混入軋制油并沾在鋼板上，需對(duì)其清洗。
梅鋼電鍍錫機(jī)組生產(chǎn)用基板是梅鋼連退機(jī)組自行生產(chǎn)，梅鋼連退機(jī)組平整段采用了目前國內(nèi)先進(jìn)的四輥濕平整大延伸率生產(chǎn)工藝，其采用的平整液為脂類植物油。
1·電解清洗工藝
電解脫脂是在鋼帶兩側(cè)設(shè)置兩對(duì)電極板，電極板通上直流電以后，使鋼帶處于電場之中，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而帶上與電極板相反的電荷，這樣就能使電解液產(chǎn)生電解反應(yīng)［2］。
當(dāng)鋼帶兩側(cè)的電極板帶正電時(shí)，處在相應(yīng)位置的鋼帶就帶負(fù)電，電解液中帶正電的H就在鋼帶表面聚集，得到電子，生成氫氣，還原反應(yīng)式:
2H+2e→H2↑
當(dāng)鋼帶兩側(cè)的電極板帶負(fù)電時(shí)，處在相應(yīng)位置的鋼帶就帶正電，電解液中帶負(fù)電的OH－在鋼帶表面聚集，失去電子，生成氧氣，氧化反應(yīng)式:
40H－+4e→H20+02↑
電解脫脂的電極板都是成對(duì)使用，即分別有一對(duì)陽極板和陰極板，交替排列，鋼帶先后通過兩對(duì)電極板時(shí)，也先后發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。
電流從電源的正極流出之后，先通過陽極板流向鋼帶，從陽極板處的鋼帶流向陰極板處的鋼帶，又從鋼帶流向陰極板，回到電源的負(fù)極。
梅鋼鍍錫機(jī)組電解清洗工藝流程為:熱堿浸泡槽一電解脫脂槽一水噴淋槽一熱水漂洗槽一熱風(fēng)干燥裝置。另外，還設(shè)有循環(huán)罐及循環(huán)系統(tǒng)、堿霧排放系統(tǒng)、廢堿液排放系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。
2·脫脂劑的組成及選擇
2．1脫脂劑的組成
典型的鋼板洗滌劑主要由堿、表面活性劑、螯合劑、助溶劑、抗再沉淀劑、消泡劑等組成。
傳統(tǒng)的脫脂劑中表面活性劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有機(jī)化合物，能明顯改變兩相間的界面張力或液體(一般為水)的表面張力，具有乳化、潤濕、起泡和洗滌作用。它們都有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):即分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有親水基和疏水基。表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
氟、碳硅等［3］。親水基通常為陰離子、陽離子、非離子和兩性官能團(tuán)，其有足夠的親水性，以保證整個(gè)表面活性劑能溶于水中，并有必要的溶解度。
2．2脫脂劑的選擇
梅鋼電鍍錫機(jī)組的來料基板采用的是濕平整工藝，因此與干平整工藝相比，在帶鋼表面會(huì)殘留較多的脂類植物油。較之目前已有的鍍錫機(jī)組脫脂清洗工藝，梅鋼電鍍錫機(jī)組的脫脂劑需要具備有較強(qiáng)的去除脂類植物油的能力。梅鋼連退機(jī)組平整機(jī)使用的平整液為長碳鏈結(jié)構(gòu)，針對(duì)長碳鏈有機(jī)化合物的特性，通過對(duì)現(xiàn)有脫脂劑進(jìn)行配方調(diào)整，提升了其對(duì)去除殘留在基板表面平整液的能力。
從反射率結(jié)果看，使用338YZ清洗后的基板LECO檢測結(jié)果一般，338YZ改進(jìn)型針對(duì)消除平整液殘留的338MG型脫脂劑清洗后的基板LECO檢測碳含量明顯下降(見表1)，板材更光亮。
3·影響電解清洗效果的主要因素
3．1脫脂液溫度和濃度
圖2為使用反射率評(píng)價(jià)清洗后帶鋼表面質(zhì)量，可以明顯看出針對(duì)去除梅鋼平整液殘留的338MG型脫脂劑清洗效果優(yōu)于338YZ型脫脂劑。
3．2脫脂劑中油脂的濃度
在電解清洗過程中，脫脂液中油脂濃度逐漸增加，使其有效堿成分以及表面活性劑減少，清洗性能下降。ParcoCleaner338MG型脫脂劑特別選擇了耐堿、耐高溫性好的表面活性劑，在70℃工作溫度下脫脂劑中清洗下的油脂成分散裝懸浮于溶液中，不會(huì)漂浮在溶液表面，通過在線過濾器可以有效去除，從而確保脫脂劑的清潔。
在梅鋼的清洗脫脂系統(tǒng)中配置了磁性過濾器，但是在更換過新型脫脂劑后，由于帶鋼表面油污清洗能力增強(qiáng)，導(dǎo)致了磁性過濾器濾芯容易堵塞的問題發(fā)生，在一定程度上影響了脫脂液的清潔度。
3．3電流密度
保證電解清洗快速、高效的一個(gè)重要條件是電流。當(dāng)帶鋼表面油污一定時(shí)，電流密度越大，除油速度越快。電流密度通常為5～20A/dm2。當(dāng)電極尺寸數(shù)量、電解液濃度確定后，電流密度超過20A/dm2清洗效果已不太明顯。同時(shí)，電解電流過大，會(huì)使陰極帶鋼滲析氫，發(fā)生氫脆現(xiàn)象，使陽極帶鋼腐蝕，甚至發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕。
3．4運(yùn)行穩(wěn)定性
在機(jī)組高速運(yùn)行下，高壓噴淋、高壓電解連續(xù)生產(chǎn)，極易在清洗槽和循環(huán)罐中產(chǎn)生大量泡沫［4］，泡沫的產(chǎn)生會(huì)富集脫脂劑中添加劑的有效成分，大大降低脫脂清洗效果，嚴(yán)重情況下泡沫會(huì)溢出槽體影響機(jī)組的正常生產(chǎn)。因此，低泡表面活性劑在高速冷軋生產(chǎn)線上則顯得尤為重要。
ParcoCleaner338MG型脫脂劑特別選擇低泡、耐堿、耐高溫性好的表面活性劑，確保了機(jī)組在高速運(yùn)行時(shí)的低泡性，實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證在70℃的工藝溫度下，工作槽內(nèi)無泡沫產(chǎn)生，很好的滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)應(yīng)用。
4·結(jié)語
用于涂鍍前處理的電解清洗是比較成熟的技術(shù)，因各機(jī)組使用原板的含油污量、過鋼量等參數(shù)的不同，清洗工藝及設(shè)備必須進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，充分發(fā)揮各工藝設(shè)備的清洗能力，才能生產(chǎn)出高表面質(zhì)量和鍍層結(jié)合力好的涂鍍板。特別是做好針對(duì)來料基板表面殘留物的分析，選擇合適的脫脂劑。梅鋼鍍錫機(jī)組選用的ParcoCleaner338MG型脫脂劑很好地去除了基板表面殘留的脂類平整液，脫脂能力較之前有明顯提升，這是對(duì)基板表面殘留物有針對(duì)性研究開發(fā)的成果。
冷軋帶鋼現(xiàn)代電解清洗工藝伴隨冷軋工藝技術(shù)的發(fā)展，電解清洗電流密度逐漸提高，普通型電解清洗工藝正在逐漸被淘汰，高電流密度是今后電解清洗的發(fā)展方向，并已經(jīng)逐漸成為主流。同時(shí)，市場也在呼喚新的高電流密度電解清洗工藝及設(shè)備的誕生。
參考文獻(xiàn)
［1］日本冷軋帶鋼技術(shù)編譯組．日本冷軋帶鋼技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1985．
［2］李帥方，劉曉魁．電解清洗電流效率的二維模擬研究．材料導(dǎo)報(bào):網(wǎng)絡(luò)版，2012(1):24－26．
［3］王金平，顧建棟．冷軋鋼板清洗劑．清洗世界，2003(11):40－42．
［4］聶興利，肖斌，曹亮，等．冷軋帶鋼電解清洗工藝及設(shè)備．清洗世界，2012，28(7):39－43．(編輯:夏敏)
薄煒
(梅山鋼鐵公司冷軋廠南京210039)
摘要：電解脫脂清洗是鍍錫生產(chǎn)工藝中不可缺少的組成部分，重點(diǎn)從適合去除濕平整工藝下帶鋼表面殘留脂類平整液的脫脂劑進(jìn)行分析，從脫脂劑的選擇、清洗質(zhì)量等幾個(gè)方面對(duì)梅鋼電鍍錫機(jī)組清洗工藝進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：電鍍錫電解清洗清洗劑
在冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中，帶鋼表面總殘留著一些油脂、鐵粉和灰塵等雜質(zhì)［1］。如果不對(duì)帶鋼進(jìn)行表面清洗，各種雜質(zhì)會(huì)被帶到下一工序，從而引起比較嚴(yán)重的表面質(zhì)量問題，尤其是電鍍錫產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于脫脂除油不徹底而導(dǎo)致鍍層不良的比例一般占60%～80%。
冷軋帶鋼板上的污垢主要是冷軋液、機(jī)油、炭粒和鐵粉等。冷軋液通常是天然或人工合成的動(dòng)、植物油，機(jī)油來源于軋機(jī)的軸承及其它潤滑部位，在軋制時(shí)混入軋制油并沾在鋼板上，需對(duì)其清洗。
梅鋼電鍍錫機(jī)組生產(chǎn)用基板是梅鋼連退機(jī)組自行生產(chǎn)，梅鋼連退機(jī)組平整段采用了目前國內(nèi)先進(jìn)的四輥濕平整大延伸率生產(chǎn)工藝，其采用的平整液為脂類植物油。
1·電解清洗工藝
電解脫脂是在鋼帶兩側(cè)設(shè)置兩對(duì)電極板，電極板通上直流電以后，使鋼帶處于電場之中，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而帶上與電極板相反的電荷，這樣就能使電解液產(chǎn)生電解反應(yīng)［2］。
當(dāng)鋼帶兩側(cè)的電極板帶正電時(shí)，處在相應(yīng)位置的鋼帶就帶負(fù)電，電解液中帶正電的H就在鋼帶表面聚集，得到電子，生成氫氣，還原反應(yīng)式:
2H+2e→H2↑
當(dāng)鋼帶兩側(cè)的電極板帶負(fù)電時(shí)，處在相應(yīng)位置的鋼帶就帶正電，電解液中帶負(fù)電的OH－在鋼帶表面聚集，失去電子，生成氧氣，氧化反應(yīng)式:
40H－+4e→H20+02↑
電解脫脂的電極板都是成對(duì)使用，即分別有一對(duì)陽極板和陰極板，交替排列，鋼帶先后通過兩對(duì)電極板時(shí)，也先后發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。
電流從電源的正極流出之后，先通過陽極板流向鋼帶，從陽極板處的鋼帶流向陰極板處的鋼帶，又從鋼帶流向陰極板，回到電源的負(fù)極。
梅鋼鍍錫機(jī)組電解清洗工藝流程為:熱堿浸泡槽一電解脫脂槽一水噴淋槽一熱水漂洗槽一熱風(fēng)干燥裝置。另外，還設(shè)有循環(huán)罐及循環(huán)系統(tǒng)、堿霧排放系統(tǒng)、廢堿液排放系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。
2·脫脂劑的組成及選擇
2．1脫脂劑的組成
典型的鋼板洗滌劑主要由堿、表面活性劑、螯合劑、助溶劑、抗再沉淀劑、消泡劑等組成。
傳統(tǒng)的脫脂劑中表面活性劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有機(jī)化合物，能明顯改變兩相間的界面張力或液體(一般為水)的表面張力，具有乳化、潤濕、起泡和洗滌作用。它們都有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):即分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有親水基和疏水基。表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
氟、碳硅等［3］。親水基通常為陰離子、陽離子、非離子和兩性官能團(tuán)，其有足夠的親水性，以保證整個(gè)表面活性劑能溶于水中，并有必要的溶解度。
2．2脫脂劑的選擇
梅鋼電鍍錫機(jī)組的來料基板采用的是濕平整工藝，因此與干平整工藝相比，在帶鋼表面會(huì)殘留較多的脂類植物油。較之目前已有的鍍錫機(jī)組脫脂清洗工藝，梅鋼電鍍錫機(jī)組的脫脂劑需要具備有較強(qiáng)的去除脂類植物油的能力。梅鋼連退機(jī)組平整機(jī)使用的平整液為長碳鏈結(jié)構(gòu)，針對(duì)長碳鏈有機(jī)化合物的特性，通過對(duì)現(xiàn)有脫脂劑進(jìn)行配方調(diào)整，提升了其對(duì)去除殘留在基板表面平整液的能力。
從反射率結(jié)果看，使用338YZ清洗后的基板LECO檢測結(jié)果一般，338YZ改進(jìn)型針對(duì)消除平整液殘留的338MG型脫脂劑清洗后的基板LECO檢測碳含量明顯下降(見表1)，板材更光亮。
3·影響電解清洗效果的主要因素
3．1脫脂液溫度和濃度
圖2為使用反射率評(píng)價(jià)清洗后帶鋼表面質(zhì)量，可以明顯看出針對(duì)去除梅鋼平整液殘留的338MG型脫脂劑清洗效果優(yōu)于338YZ型脫脂劑。
3．2脫脂劑中油脂的濃度
在電解清洗過程中，脫脂液中油脂濃度逐漸增加，使其有效堿成分以及表面活性劑減少，清洗性能下降。ParcoCleaner338MG型脫脂劑特別選擇了耐堿、耐高溫性好的表面活性劑，在70℃工作溫度下脫脂劑中清洗下的油脂成分散裝懸浮于溶液中，不會(huì)漂浮在溶液表面，通過在線過濾器可以有效去除，從而確保脫脂劑的清潔。
在梅鋼的清洗脫脂系統(tǒng)中配置了磁性過濾器，但是在更換過新型脫脂劑后，由于帶鋼表面油污清洗能力增強(qiáng)，導(dǎo)致了磁性過濾器濾芯容易堵塞的問題發(fā)生，在一定程度上影響了脫脂液的清潔度。
3．3電流密度
保證電解清洗快速、高效的一個(gè)重要條件是電流。當(dāng)帶鋼表面油污一定時(shí)，電流密度越大，除油速度越快。電流密度通常為5～20A/dm2。當(dāng)電極尺寸數(shù)量、電解液濃度確定后，電流密度超過20A/dm2清洗效果已不太明顯。同時(shí)，電解電流過大，會(huì)使陰極帶鋼滲析氫，發(fā)生氫脆現(xiàn)象，使陽極帶鋼腐蝕，甚至發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕。
3．4運(yùn)行穩(wěn)定性
在機(jī)組高速運(yùn)行下，高壓噴淋、高壓電解連續(xù)生產(chǎn)，極易在清洗槽和循環(huán)罐中產(chǎn)生大量泡沫［4］，泡沫的產(chǎn)生會(huì)富集脫脂劑中添加劑的有效成分，大大降低脫脂清洗效果，嚴(yán)重情況下泡沫會(huì)溢出槽體影響機(jī)組的正常生產(chǎn)。因此，低泡表面活性劑在高速冷軋生產(chǎn)線上則顯得尤為重要。
ParcoCleaner338MG型脫脂劑特別選擇低泡、耐堿、耐高溫性好的表面活性劑，確保了機(jī)組在高速運(yùn)行時(shí)的低泡性，實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證在70℃的工藝溫度下，工作槽內(nèi)無泡沫產(chǎn)生，很好的滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)應(yīng)用。
4·結(jié)語
用于涂鍍前處理的電解清洗是比較成熟的技術(shù)，因各機(jī)組使用原板的含油污量、過鋼量等參數(shù)的不同，清洗工藝及設(shè)備必須進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，充分發(fā)揮各工藝設(shè)備的清洗能力，才能生產(chǎn)出高表面質(zhì)量和鍍層結(jié)合力好的涂鍍板。特別是做好針對(duì)來料基板表面殘留物的分析，選擇合適的脫脂劑。梅鋼鍍錫機(jī)組選用的ParcoCleaner338MG型脫脂劑很好地去除了基板表面殘留的脂類平整液，脫脂能力較之前有明顯提升，這是對(duì)基板表面殘留物有針對(duì)性研究開發(fā)的成果。
冷軋帶鋼現(xiàn)代電解清洗工藝伴隨冷軋工藝技術(shù)的發(fā)展，電解清洗電流密度逐漸提高，普通型電解清洗工藝正在逐漸被淘汰，高電流密度是今后電解清洗的發(fā)展方向，并已經(jīng)逐漸成為主流。同時(shí)，市場也在呼喚新的高電流密度電解清洗工藝及設(shè)備的誕生。
參考文獻(xiàn)
［1］日本冷軋帶鋼技術(shù)編譯組．日本冷軋帶鋼技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1985．
［2］李帥方，劉曉魁．電解清洗電流效率的二維模擬研究．材料導(dǎo)報(bào):網(wǎng)絡(luò)版，2012(1):24－26．
［3］王金平，顧建棟．冷軋鋼板清洗劑．清洗世界，2003(11):40－42．
［4］聶興利，肖斌，曹亮，等．冷軋帶鋼電解清洗工藝及設(shè)備．清洗世界，2012，28(7):39－43．(編輯:夏敏)
