浅析冷轧生产中的电解清洗技术

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1、浅析冷轧生产中的电解清洗技术浅析冷轧生产中的电解清洗技术慧聪表面处理网：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

2、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+3NaOH3RCOONa+C3H5(OH)2.乳化脱脂带钢表面的非皂化类油脂不

3、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

4、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

5、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-4eO2+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+4e2H2+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

6、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

7、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

8、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 605。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，

9、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， 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 855，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。

10、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。四、工艺流程简述国内比较常见的是电解清洗工艺流程。五、电解清洗生产中常见的问题1.泡沫问题电解清洗的脱脂剂为碱性，并含有一定量的表面活性剂，在带钢高速行进及脱脂后的 漂洗中均可能产生泡沫，泡沫溢出对环境及设备均造成不良影响。通常可以在脱脂剂中添加一些化学消泡剂来去除泡沫。2.短路问题电解脱脂采用的是低电压、强电流，一旦带钢与极板接触，便可能烧穿带钢，从而发 生断带的危险。一般可采用过流保护来避免短路问题的发生。电解整流器设过流保护，一旦带钢接触 电极后，电流大幅上升，过流切断电源避免带钢的进一步破坏。随着国内外对高附加值冷轧板需求的增加，对冷轧原板表面清洁度的要求也越来越高。 电解清洗用于冷轧后带钢表面清洗已经是比较成熟的技术，可以非常有效地去除轧后带钢 表面的各种杂质、油脂，为下游工序提供表面清洁的带钢。