不銹鋼的中性電解除鱗的工藝設備技術安全與經濟效益

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。

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。

  1. 電極板表面發(fā)生的電化學反應如下。

  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，材質采用高硅鑄鐵。

 SO^2-₄--2e+H₂O==H₂O₄+1/2O₂↑

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

  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)作為相對陽極，被表面生成的硫酸發(fā)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(fā)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（CrO^2-₄)留在溶液中，六價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。

  2. 溶液溫度

 為了保持硫酸鈉有足夠的溶解度，電解液應保持在較高的溫度下運轉，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，優(yōu)先發(fā)生析氧反應，鐵鱗溶解速率也減慢。但在化學反應中，溶液中的鐵離子與氫氧根離子結合，生成氫氧化鐵不斷排出，溶液隨著反應的進行，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變化及時補充氫氧化鈉，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系。電解時間為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，會加大電極板的消耗。實際生產中，根據鋼種的不同，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物（酸和堿）不斷補充到不銹鋼表面上，在其表面上生成的氫氧化鐵不斷地排到電解液中，產生的氣泡及時排走，可加快除鱗速度，電解液循環(huán)流量應保持槽內液體每小時至少更換8~10次，使溶液循環(huán)流量保持紊流的效果最好。合理地設計酸槽結構，使電解液利用泵力從槽體兩側直接噴射到鋼板和電極表面，將電解產物及時沖刷。

  6. 板極間距

 實際生產中，根據帶鋼板厚度調整電極間距，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，系統(tǒng)電阻減小，電壓降低。

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

三、不銹鋼電解除鱗的工藝設備

  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，移動速度按電解處理時間10~12s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㎡2.固體硫酸鈉（Na2SO4)直接倒入循環(huán)罐內，加水攪拌溶解，稀釋成20%濃度，用循環(huán)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(huán)泵泵入電解槽循環(huán)使用，循環(huán)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(huán)罐錐形底部，通過自動排污系統(tǒng)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。

 四、電解除鱗技術安全與經濟效益

  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。