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鍍錫基板表面清洗工藝實踐
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工藝中不可缺少的組成部分，重點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行分析，從脫脂劑的選擇、清洗質量等幾個方面對梅鋼電鍍錫機組清洗工藝進行探討。
關鍵詞：電鍍錫電解清洗清洗劑
在冷軋帶鋼生產過程中，帶鋼表面總殘留著一些油脂、鐵粉和灰塵等雜質［1］。如果不對帶鋼進行表面清洗，各種雜質會被帶到下一工序，從而引起比較嚴重的表面質量問題，尤其是電鍍錫產品，據(jù)統(tǒng)計由于脫脂除油不徹底而導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、機油、炭粒和鐵粉等。冷軋液通常是天然或人工合成的動、植物油，機油來源于軋機的軸承及其它潤滑部位，在軋制時混入軋制油并沾在鋼板上，需對其清洗。
梅鋼電鍍錫機組生產用基板是梅鋼連退機組自行生產，梅鋼連退機組平整段采用了目前國內先進的四輥濕平整大延伸率生產工藝，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設置兩對電極板，電極板通上直流電以后，使鋼帶處于電場之中，產生極化現(xiàn)象，從而帶上與電極板相反的電荷，這樣就能使電解液產生電解反應［2］。
當鋼帶兩側的電極板帶正電時，處在相應位置的鋼帶就帶負電，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，還原反應式:
2H+2e→H2↑
當鋼帶兩側的電極板帶負電時，處在相應位置的鋼帶就帶正電，電解液中帶負電的OH－在鋼帶表面聚集，失去電子，生成氧氣，氧化反應式:
40H－+4e→H20+02↑
電解脫脂的電極板都是成對使用，即分別有一對陽極板和陰極板，交替排列，鋼帶先后通過兩對電極板時，也先后發(fā)生氧化和還原反應。
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，回到電源的負極。
梅鋼鍍錫機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干燥裝置。另外，還設有循環(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構和性質的有機化合物，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。它們都有一個共同的結構特點:即分子結構中同時含有親水基和疏水基。表面活性劑結構示意圖見圖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，其有足夠的親水性，以保證整個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，在帶鋼表面會殘留較多的脂類植物油。較之目前已有的鍍錫機組脫脂清洗工藝，梅鋼電鍍錫機組的脫脂劑需要具備有較強的去除脂類植物油的能力。梅鋼連退機組平整機使用的平整液為長碳鏈結構，針對長碳鏈有機化合物的特性，通過對現(xiàn)有脫脂劑進行配方調整，提升了其對去除殘留在基板表面平整液的能力。
從反射率結果看，使用338YZ清洗后的基板LECO檢測結果一般，338YZ改進型針對消除平整液殘留的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為使用反射率評價清洗后帶鋼表面質量，可以明顯看出針對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，導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、高效的一個重要條件是電流。當帶鋼表面油污一定時，電流密度越大，除油速度越快。電流密度通常為5～20A/dm2。當電極尺寸數(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，電解電流過大，會使陰極帶鋼滲析氫，發(fā)生氫脆現(xiàn)象，使陽極帶鋼腐蝕，甚至發(fā)生點狀腐蝕。
3．4運行穩(wěn)定性
在機組高速運行下，高壓噴淋、高壓電解連續(xù)生產，極易在清洗槽和循環(huán)罐中產生大量泡沫［4］，泡沫的產生會富集脫脂劑中添加劑的有效成分，大大降低脫脂清洗效果，嚴重情況下泡沫會溢出槽體影響機組的正常生產。因此，低泡表面活性劑在高速冷軋生產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，確保了機組在高速運行時的低泡性，實際生產驗證在70℃的工藝溫度下，工作槽內無泡沫產生，很好的滿足了現(xiàn)場生產應用。
4·結語
用于涂鍍前處理的電解清洗是比較成熟的技術，因各機組使用原板的含油污量、過鋼量等參數(shù)的不同，清洗工藝及設備必須進行相應調整，充分發(fā)揮各工藝設備的清洗能力，才能生產出高表面質量和鍍層結合力好的涂鍍板。特別是做好針對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，這是對基板表面殘留物有針對性研究開發(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，市場也在呼喚新的高電流密度電解清洗工藝及設備的誕生。
參考文獻
［1］日本冷軋帶鋼技術編譯組．日本冷軋帶鋼技術［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．材料導報:網(wǎng)絡版，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工藝中不可缺少的組成部分，重點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行分析，從脫脂劑的選擇、清洗質量等幾個方面對梅鋼電鍍錫機組清洗工藝進行探討。
關鍵詞：電鍍錫電解清洗清洗劑
在冷軋帶鋼生產過程中，帶鋼表面總殘留著一些油脂、鐵粉和灰塵等雜質［1］。如果不對帶鋼進行表面清洗，各種雜質會被帶到下一工序，從而引起比較嚴重的表面質量問題，尤其是電鍍錫產品，據(jù)統(tǒng)計由于脫脂除油不徹底而導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、機油、炭粒和鐵粉等。冷軋液通常是天然或人工合成的動、植物油，機油來源于軋機的軸承及其它潤滑部位，在軋制時混入軋制油并沾在鋼板上，需對其清洗。
梅鋼電鍍錫機組生產用基板是梅鋼連退機組自行生產，梅鋼連退機組平整段采用了目前國內先進的四輥濕平整大延伸率生產工藝，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設置兩對電極板，電極板通上直流電以后，使鋼帶處于電場之中，產生極化現(xiàn)象，從而帶上與電極板相反的電荷，這樣就能使電解液產生電解反應［2］。
當鋼帶兩側的電極板帶正電時，處在相應位置的鋼帶就帶負電，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，還原反應式:
2H+2e→H2↑
當鋼帶兩側的電極板帶負電時，處在相應位置的鋼帶就帶正電，電解液中帶負電的OH－在鋼帶表面聚集，失去電子，生成氧氣，氧化反應式:
40H－+4e→H20+02↑
電解脫脂的電極板都是成對使用，即分別有一對陽極板和陰極板，交替排列，鋼帶先后通過兩對電極板時，也先后發(fā)生氧化和還原反應。
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，回到電源的負極。
梅鋼鍍錫機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干燥裝置。另外，還設有循環(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構和性質的有機化合物，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。它們都有一個共同的結構特點:即分子結構中同時含有親水基和疏水基。表面活性劑結構示意圖見圖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，其有足夠的親水性，以保證整個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，在帶鋼表面會殘留較多的脂類植物油。較之目前已有的鍍錫機組脫脂清洗工藝，梅鋼電鍍錫機組的脫脂劑需要具備有較強的去除脂類植物油的能力。梅鋼連退機組平整機使用的平整液為長碳鏈結構，針對長碳鏈有機化合物的特性，通過對現(xiàn)有脫脂劑進行配方調整，提升了其對去除殘留在基板表面平整液的能力。
從反射率結果看，使用338YZ清洗后的基板LECO檢測結果一般，338YZ改進型針對消除平整液殘留的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為使用反射率評價清洗后帶鋼表面質量，可以明顯看出針對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，導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、高效的一個重要條件是電流。當帶鋼表面油污一定時，電流密度越大，除油速度越快。電流密度通常為5～20A/dm2。當電極尺寸數(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，電解電流過大，會使陰極帶鋼滲析氫，發(fā)生氫脆現(xiàn)象，使陽極帶鋼腐蝕，甚至發(fā)生點狀腐蝕。
3．4運行穩(wěn)定性
在機組高速運行下，高壓噴淋、高壓電解連續(xù)生產，極易在清洗槽和循環(huán)罐中產生大量泡沫［4］，泡沫的產生會富集脫脂劑中添加劑的有效成分，大大降低脫脂清洗效果，嚴重情況下泡沫會溢出槽體影響機組的正常生產。因此，低泡表面活性劑在高速冷軋生產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，確保了機組在高速運行時的低泡性，實際生產驗證在70℃的工藝溫度下，工作槽內無泡沫產生，很好的滿足了現(xiàn)場生產應用。
4·結語
用于涂鍍前處理的電解清洗是比較成熟的技術，因各機組使用原板的含油污量、過鋼量等參數(shù)的不同，清洗工藝及設備必須進行相應調整，充分發(fā)揮各工藝設備的清洗能力，才能生產出高表面質量和鍍層結合力好的涂鍍板。特別是做好針對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，這是對基板表面殘留物有針對性研究開發(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，市場也在呼喚新的高電流密度電解清洗工藝及設備的誕生。
參考文獻
［1］日本冷軋帶鋼技術編譯組．日本冷軋帶鋼技術［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．材料導報:網(wǎng)絡版，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備．清洗世界，2012，28(7):39－43．(編輯:夏敏)
