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钢板脱脂清洗中的电解清洗技术

 电解清洗技术是一种工业生产中常用的清洗技术。它主要是利用电解原理将金属表面的污垢去除的清洗方法,也称为电化学清洗。电解清洗除了电解外,还辅助了其他一些化学清洗和物理清洗,以达到最大限度清除污垢的目的。

  在冷轧带钢生产过程中,带钢表面总残留着一些油脂、铁粉和灰尘等杂质。如果不对带钢进行表面清洗,各种杂质会被带到下一工序,从而引起比较严重的表面质量问题,尤其是镀层产品,据统计由于脱脂除油不彻底而导致镀层不良的比例一般占60%80%
  目前我国大多数冷轧带钢连续退火线、涂层生产线普遍采用电解清洗的方法来清洁带钢表面,有的厂还设置了独立的电解清洗生产线。本文简单介绍冷轧生产中的电解清洗技术。
一、电解清洗的原理
  冷轧的带钢表面从金属基体开始依次为钢基体、氧化膜层、杂质层和油脂层,清洗最终要去除的是油脂和杂质。带钢表面的油脂,可分为皂化类油脂与非皂化类油脂,这两种油脂的皂化值不同,除油的方法也有所不同,而带钢表面杂质主要是铁粉、灰尘等。通常采用的电解脱脂剂的主要成分为碱性成分、螯合剂和表面活性剂。
  1.皂化脱脂
  带钢表面的皂化类油脂的清除,主要是皂化类油脂与清洗液中的碱发生皂化反应,生成溶于水的脂肪酸钠和甘油:
  (RCOO)3C3H5+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)
  2.乳化脱脂
  带钢表面的非皂化类油脂不能与清洗液中的碱发生皂化反应,但是能与脱脂剂中的表面活性剂发生乳化作用,使带钢表面的油污附着力减弱,再加以刷洗、冲洗,油膜破裂变成细小的油珠,脱离金属表面从而达到清洗的目的。
  3.分散作用
  带钢清洗中的分散作用,主要是指将大的污垢颗粒分散成小的颗粒,降低污垢在钢铁表面的附着力,提高钢板清洗效果。
  分散作用的理论基础是电荷效应和空间位阻效应。磷酸盐在水中电离,形成负电荷体系,伴随机械力或化学力的作用,磷酸盐吸附在污垢表面形成表面带负电荷的胶体粒子体系:一方面由于同性相斥,小的污垢变得稳定,能有效防止小颗粒的再次凝聚;另一方面,吸附了磷酸盐后,污垢再次凝聚的空间阻力也加大了。
  4.螯合剂的作用
  螯合剂主要指一些有机物,它与金属离子具有很强的结合能力,形成螯合物分子,溶解在水中。
  带钢清洗中使用的清洗剂往往呈强碱性,且经常加入碳酸盐,而水中往往含有一定量极易形成沉淀的钙、镁离子,若其沉淀在钢板表面,将严重影响其后续工序,如镀锌后钢板的表面质量。清洗剂中加入一定量的与钙、镁离子有更强亲和力的螯合成分,可防止这些沉淀的出现。
  另外,螯合剂还有一个重要作用就是容易吸附在金属颗粒表面,降低其与钢板的附着力。
  5.电解脱脂
  带钢在经过盛有碱性电解液的电解清洗槽时,两侧的电栅因通以低电压、高电流的直流电而极化。带钢的两面分别作为阴极和阳极发生电化学反应,带钢表面析出氢气或氧气的小气泡。在电极极化和气体的机械撕裂综合作用下,带钢表面的残留油脂被进一步除去,从而达到了清洗的目的。
  电解脱脂的过程中,气体的析出过程实质是电解水的过程:
  2H2O2H2↑+O2↑
  当带钢作阳极时,其表面上进行的是氧化反应,并 析出氧气:
  4OH--4e→O2↑+2H2O
  当带钢作阴极时,其表面上进行的是还原反应,并析出氢气:
  4H2O+4e→2H2↑+4HO-
  二、电解清洗设备
  国际上通常把电解清洗装置分为两种类型:电流密度在50A/dm2以下的称为普通电流密度电解清洗,电流密度在100210A/dm2以上的称为高电流密度电解清洗。
  1.普通电流密度的电解清洗设备
  普通电流密度的电解清洗,按照槽体形式,可分为卧式槽和立式槽两种。
  这两种类型的电解清洗,电极沉浸在电解液中,平行于带钢布置,电流流向从正极极板通过电解质到带钢上,带钢上的电流再通过电解质返回到负极极板上。普通电流密度电解清洗装置能耗高、产能低、清洗质量不理想,但结构简单、投资低,目前仍是大多数冷轧厂采用的清洗工艺。
  2.高电流密度的电解清洗设备
  高电流密度电解清洗装置主要型式有:卧式极板液垫型、喷嘴/极板兼容型、辊子缠绕型等,以下简单介绍喷嘴/极板兼容型电解清洗装置。
  喷嘴/极板兼容型电解清洗装置是利用电解对油污进行破碎、剥离的新工艺。它由布置在带钢上下两个表面的喷头及相关喷射装置组成,两喷头作为两个电极分别接在电源的两极上,间距约20mm。当带钢通过喷嘴(极板)区域时,喷嘴喷射较小流量的电解液,在带钢表面产生密集的微小气泡使油污层表面和内部产生破裂,经连续几组喷嘴(极板)电解作用,油污层底部完全乳化而脱离带钢表面,呈独立状态,然后经过刷洗清除油污。
  喷嘴/极板兼容型电解清洗装置最大的优点是清洗效果好、结构紧凑、耗能低,但该类型电解时间极短,特别对于高速运行机组,清洗后的带钢表面附着硅离子量不足,如果接着采用罩式退火炉退火,易发生带钢粘结现象。
  三、影响电解清洗效果的因素
  1.脱脂液中碱浓度对清洗效果的影响
  碱预清洗、碱刷洗的化学脱脂液,碱浓度应控制在1%3%之间,不宜过高。提高碱浓度可提高化学脱脂的速度,但是过高的浓度会使脂肪酸钠的溶解度和乳浊液的稳定性下降,反而降低了除油的效果,而且增加成本和环保的难度。
  电解液中电解脱脂剂浓度增加,电导率随之升高,电解电流增大。如果电解液中电解脱脂剂浓度低于一定范围,电解电流不能满足工艺要求。生产中,不仅要满足清洗效果,又要考虑成本、环保,电解脱脂剂浓度控制在2%5%比较合适。
  2.脱脂液温度对清洗效果的影响
  碱预清洗、碱刷洗的化学脱脂液,温度控制在60±5。在碱浓度一定时,提高化学脱脂液的温度,可加速动植物油的皂化反应速度,形成的脂肪酸钠在热碱中溶解,同时还能降低油膜的粘度,从而降低油和带钢的表面张力,促进乳化作用。
  高温的液体会导致刷毛加速老化,致使刷毛断裂,断毛在循环过程中,返回来堵塞喷淋管口,严重影响到带钢的表面清洗质量,另外,在机械搅拌下,温度升高,泡沫增多清洗剂,造成脱脂液回流不及,从侧面溢出,增加成本消耗。
  电解清洗的电解液,温度控制在85±5,电解液温度升高,增加电解液电导率及除油效果。但是,过高的温度,热能消耗大,溶液大量蒸发,还会恶化工作环境。
  3.电流密度对清洗效果的影响
  保证电解清洗快速、高效的一个重要条件是电流密度。当带钢表面油污一定时,电流密度越大,除油速度越快。电流密度通常为540A/dm2。当电极尺寸数量、电解液浓度确定后,电流密度超过1030A/dm2,清洗效果已不太明显。
  4.清洗时间对清洗效果的影响
  清洗时间对带钢的清洗质量影响很大。如果机组速度慢,皂化脱脂、乳化脱脂和电解脱脂的时间增加,对带钢清洗质量有积极的影响,但如果清洗时间过长,会影响到机组的产能发挥,增加消耗。www.vtcleaner.com







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