不銹鋼的中性電解除鱗的工藝設(shè)備技術(shù)安全與經(jīng)濟(jì)效益

目前國際上普遍采用中性電解技術(shù)去除不銹鋼表面的鐵鱗。氧化皮在電流的作用下強(qiáng)制溶解，處理速度快，效率高，表面“酸洗”質(zhì)量好。

一、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(jià)鉻離子含量3~5g/L，陰極電流密度10~14A/dm2，陰極處理時(shí)間10~12秒。

  1. 電極板表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)如下。

  硫酸鈉在水中電離： Na₂SO4==2Na⁺+SO^2-₄

 在陰極上鈉離子接收電子，水解放出氫氣和氫氧化鈉。

  2Na⁺+2e+2H₂O==H2↑+2NaOH

 陽極上則S^2-₄放出電子，表面生成硫酸，并放出氧氣，腐蝕性強(qiáng)，材質(zhì)采用高硅鑄鐵。

 SO^2-₄--2e+H₂O==H₂O₄+1/2O₂↑

陽極表面層液的腐蝕性強(qiáng)，要采用高硅鑄鐵。在電解過程中同時(shí)有氫氣和氧氣放出，應(yīng)防范產(chǎn)生電火花，以免產(chǎn)生爆鳴。

  2. 陰極區(qū)鋼板表面的鐵鱗的除去

 不銹鋼帶上的鐵鱗即氧化鐵（Fe₂O₃)作為相對(duì)陽極，被表面生成的硫酸發(fā)生化學(xué)溶解，同時(shí)被氫氣沖擊、撕裂和攪拌，加速溶解成三價(jià)鐵離子，加速作用很重要，使基體金屬避免發(fā)生過腐蝕現(xiàn)象，反應(yīng)式如下：

  Fe₂O₃+3H₂SO₄==Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

 而Fe₂(SO₄)₃中的三價(jià)鐵離子又會(huì)與陰極表面生成的氫氧離子生成氫氧化鐵沉淀，應(yīng)及時(shí)排走，以免堵塞通道，影響電解效率，反應(yīng)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(jià)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(jià)鉻被生成的氧原子氧化而形成六價(jià)鉻離子（CrO^2-₄)留在溶液中，六價(jià)鉻離子的含量控制在3~5g/L。

二、 硫酸鈉電解除鱗的影響因素

  1. 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(dǎo)電性增強(qiáng)，電解效率提高，但濃度超過25%,溶液溫度下降時(shí)易造成硫酸鈉結(jié)晶析出，堵塞管路和換熱器，損壞閥門、水泵。故停止生產(chǎn)時(shí)，首先要排出電解液，硫酸鈉濃度可用比重計(jì)控制在1.18~1.20g/cm3,大致在20%上下。

  2. 溶液溫度

 為了保持硫酸鈉有足夠的溶解度，電解液應(yīng)保持在較高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，一般控制在80~85℃,溫度過高，水分蒸發(fā)量大，而且熱能損耗過大，并不合算。

  3. 溶液pH 

  溶液酸性過大，如pH<3,優(yōu)先使金屬基體溶解，鐵鱗溶解減慢；堿性過大，如pH>10時(shí)，優(yōu)先發(fā)生析氧反應(yīng)，鐵鱗溶解速率也減慢。但在化學(xué)反應(yīng)中，溶液中的鐵離子與氫氧根離子結(jié)合，生成氫氧化鐵不斷排出，溶液隨著反應(yīng)的進(jìn)行，不斷消耗氫氧根離子pH逐漸減低，為了保持pH在中性即pH在5~7,必須按pH變化及時(shí)補(bǔ)充氫氧化鈉，以保持pH在5~7之間。

  4. 電流密度

  隨著電流密度的增大，除鱗速度加快。圖2-6為冷軋304不銹鋼電流密度與鐵鱗去除效果的關(guān)系。電解時(shí)間為10秒,由圖2-6可見，隨著電流密度的增加，鐵鱗共降效果明顯提高電流密度提高到15A/dm2以后，除鱗效果沒有明顯的變化。電流密度過大，會(huì)加大電極板的消耗。實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)鋼種的不同，電流密度選為10~15A/d㎡2,一般AISI300系列不銹鋼電解電流密度值比 AISI400系列要高一些。

  5. 電解液循環(huán)

電解液中電極表面反應(yīng)物（酸和堿）不斷補(bǔ)充到不銹鋼表面上，在其表面上生成的氫氧化鐵不斷地排到電解液中，產(chǎn)生的氣泡及時(shí)排走，可加快除鱗速度，電解液循環(huán)流量應(yīng)保持槽內(nèi)液體每小時(shí)至少更換8~10次，使溶液循環(huán)流量保持紊流的效果最好。合理地設(shè)計(jì)酸槽結(jié)構(gòu)，使電解液利用泵力從槽體兩側(cè)直接噴射到鋼板和電極表面，將電解產(chǎn)物及時(shí)沖刷。

  6. 板極間距

 實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)帶鋼板厚度調(diào)整電極間距，間距越小，電流效率越高，但鋼帶易碰到電極板，產(chǎn)生劃傷，上下電極間距以200~300mm為好。

    ①.  電壓降與鋼帶厚度的關(guān)系見圖2-7。鋼帶越厚，帶鋼電阻越??；電極間距減小，極板間硫酸鈉溶液的電阻減小，在電解電流不變時(shí)，系統(tǒng)電阻減小，電壓降低。

    ②.  電極間距和鋼帶厚度對(duì)節(jié)能的影響見圖2-8。由于電壓降低，因電阻產(chǎn)生的放熱無用功也減少，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的電解效率，即產(chǎn)生了節(jié)能效果。

三、不銹鋼電解除鱗的工藝設(shè)備

  圖2-9為硫酸鈉電解加熱循環(huán)系統(tǒng)工藝原理圖：鋼帶借助膠輥輸送入電解槽中，移動(dòng)速度按電解處理時(shí)間10~12s計(jì)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㎡2.固體硫酸鈉（Na2SO4)直接倒入循環(huán)罐內(nèi)，加水?dāng)嚢枞芙?，稀釋?0%濃度，用循環(huán)泵經(jīng)過濾器、換熱器，出口設(shè)有溫度傳感器，加熱到85℃溫度時(shí)，自動(dòng)控制氣動(dòng)閥，溶液由循環(huán)泵泵入電解槽循環(huán)使用，循環(huán)泵流量200m3/h,揚(yáng)程30m,上下電極間距根據(jù)鋼帶板形控制在200~300mm之間。電解產(chǎn)生的鐵鱗或氫氧化鐵等污泥沉積在循環(huán)罐錐形底部，通過自動(dòng)排污系統(tǒng)排出，進(jìn)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。

 四、電解除鱗技術(shù)安全與經(jīng)濟(jì)效益

  生產(chǎn)高質(zhì)量不銹鋼板，采用中性電解除鱗技術(shù)，不銹鋼制作的質(zhì)量有大幅提高，極大地提高了市場(chǎng)競爭力，雖然設(shè)備復(fù)雜，投資運(yùn)行成本高，但還是以電解除鱗安全，鋼帶表面質(zhì)量好而合算，經(jīng)濟(jì)效益高。