冷轧电解脱脂机组工艺及其所受影响的因素

2014-01-15郑广贤苏碧辉

湖北工业大学学报 2014年5期

关键词：钢卷脱脂电流密度

郑雪，郑广贤，苏碧辉

（武钢重工集团有限公司，湖北武汉430083）

电解脱脂是钢带前处理中针对油脂清洗的一种方法，是清除冷轧时渗进钢带微观缝隙中润滑油的必要环节。脱脂质量的好坏直接影响后续退火和平整工序的进行，脱脂工艺的完善为提供优质光亮的成品板材有着非常重要的意义。

1 带钢脱脂工艺的产生和发展

电解脱脂机组是由连续镀锌脱脂段发展而来，用于对冷轧后的带钢表面进行清洗，去除带钢表面的残油、残铁和其他污染物，使钢卷进行罩式退火前的残碳、残铁量得到有效控制，可抑制退火时带钢粘结和黑带等缺陷的产生，从而达到中高档板材板面清洁度的要求。

连续热镀锌技术的发展阶段分为：森吉米尔法阶段、改良森吉米尔法（N.O.F法）阶段和美钢联法（全辐射法）阶段。早期的森吉米尔法阶段，还没有设脱脂段；改良森吉米尔法（N.O.F法）阶段，增加了化学脱脂槽；美钢联法（全辐射法）阶段，使得脱脂段得到发展和完善，单独发展为一个工艺分支机组——脱脂机组，为罩式退火生产提供清洁基板。

2 主要工艺设备

我国目前的许多连退、涂层生产线都采用了电解清洗带钢的前处理工艺技术，并且该技术日趋先进。整个电解脱脂机组设备分三部分：入口段设备、工艺段设备、出口段设备。入口段设备包括：活动鞍座、地辊、入口钢卷小车、开卷器、夹送矫直机、带钢过渡台、液压剪、1＃纠偏装置、1＃张力辊等设备。工艺段设备包括：高压水喷洗、碱喷淋、碱刷洗、电解脱脂、热水漂洗、热风干燥系统。相应配置了碱浸喷淋槽、碱刷洗槽、电解清洗槽、水刷洗槽、热水漂洗槽等5个主要功能单元及其循环系统，同时还包括有碱液自动配比供应添加系统、高压水系统、膜过滤系统等辅助功能单元。出口段设备包括：2＃纠偏装置、2＃转向辊、2＃张力辊、出口剪、出口钢卷车、皮带助卷器、出口步进梁等设备。

2.1 电解工艺流程

以某冷轧厂电解脱脂机组（图1）为例，该生产线以清洗汽车板卷为主，达到减少钢板表面残油、残铁的目的，从而提升该厂冷轧汽车板品质。机组采用双开卷、单卷取形式，开卷设CPC，卷取设EPC等检测设备。机组入口设全自动窄搭接焊机，工艺段采用高压水喷洗—碱水喷淋—碱水刷洗—电解脱脂—热水刷洗—热水漂洗—烘干等工艺流程。机组出口段设测张辊，便于卷取张力控制；还设有焊缝检测装置。全线取消活套装置，采用最先进的电气装置调控张力和速度。工艺段采用物理清洗、化学清洗、电化学清洗相结合的清洗技术。全线的转向辊、夹紧辊、洗刷辊、挤干辊等数量较多，为薄板的顺利通过提供保障。

图1 冷轧电解脱脂工艺布置图

2.2 设备功能描述

天车将钢卷吊运到入口鞍座上，上卷小车托住钢卷，人工拆除捆带，然后入口钢卷小车将钢卷运到开卷机卷筒上，旋转液压缸膨胀固定钢卷，开卷机浮动，自动对中。开卷机将带钢头部导入夹送矫直机，将超差带钢头送至双层剪切掉。带钢通过夹送辊送入焊机焊接，通过1＃张力辊进入脱脂工艺段。脱脂段首先进行化学脱脂（即高压水喷洗、碱喷淋、碱刷洗），然后进行电解脱脂，以除去化学脱脂后残留在带钢表面的油污，最后经过电解清洗的带钢进入热水刷洗槽清除表面的残余杂质，获得要求的表面清洁度。热风干燥后，带钢完成了整个脱脂过程。纠偏辊设在工艺段出口，用于出口段带钢的纠偏，2＃张力辊布置在工艺段出口侧纠偏辊之后，用于提供工艺段正常运行所需的前张力，出口液压剪用于分卷和带钢取样，由人工操作控制，最后带钢通过出口转向夹送辊进入卷取机，将成品带钢卷成钢卷。

2.3 电解脱脂原理

在冷轧板退火或镀层之前的原板上，通常有油脂、铁粉、氧化铁膜等残留物质（图2）。当带钢通过盛有碱性溶液的清洗槽时，在通以直流电的情况下，把带钢作为阳极或阴极，以此进行除油或称电化学除油。通常采用金属板作辅助电极，起导电作用。生产实践证明，电化学除油的速度是化学除油速度的几倍，而且油污清除更干净。这是因为电化学除油时，不论带钢作为阴极还是阳极，其表面上都大量析出气体，这实质是电解水的过程：

当带钢作为阴极时，其表面上进行的是还原过程并析出氢气：

当带钢作为阳极时，其表面上进行的是氧化过程并析出氧气：

电极表面上大量气体的析出，对油膜会产生强大的乳化作用。

电解清洗机理：当带钢通过电解清洗槽时，由于油和碱液间的界面张力减少，油膜产生裂纹。与此同时，电极由于通电而极化，使得带钢与碱液间的界面张力大大降低，因此很快地加大了二者的接触面积（碱液对带钢的湿润性加大），从而排除附着在金属表面上的油污，使油膜进一步破裂成小油珠。由于电流的作用，在电极表面上生成了小气泡（氢气和氧气），这些气泡变大，并带着油珠离开带钢表面（图2）。电解清洗过程是电极极化和气体对油膜机械撕裂作用的综合。

图2 原板残留物放大图

2.4 高压水冲洗工艺的应用

该系统利用高压水泵，将水通过喷嘴使巨大压力能转变成动能，从而形成高速射流，喷射到带钢表面，直接对带钢表面残留污物进行清洗。采用常温高压水泵，由七柱塞实现高压水的排出，流量脉动小，压力稳定，适合高压水连续清洗带钢的要求，不会产生因为流量和压力脉动大造成的带钢清洗不均匀，留下污渍痕迹。

高压水清洗槽为不锈钢焊接结构，入口设一对挤干辊，出口设两对挤干辊，挤干辊下辊固定，上辊由一对气缸驱动。槽盖上设抽雾口与全线抽雾系统连接。槽体上设回流口，清洗水沿回流口和附属管道回流到循环罐。带钢在槽内沿4个转向辊缠绕运行。高压喷射集管在带钢缠绕部分对带钢进行喷射，用高压水清洗带钢表面，初步去除轧制之后带钢表面的残油和残铁。

3 影响电解清洗效果的因素

影响带钢清洗质量的主要因素有清洗温度、清洗液中碱的浓度、电解电流、脱脂液中含油量、清洗时间（机组生产速度）等。此外，选用脱脂剂的成分组成对清洗效果亦有很大影响［2］。

保证电解清洗快速、高效的另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。但是，电流密度不能无限制地提高，因为电流密度加大到一定程度后，除油速度的增加不再明显，反而造成清洗槽电压过高，使电能消耗过大。其选择应能保证析出足够量的气泡，既能使油珠机械撕离，又能搅拌电解溶液。在实际生产中，能源消耗是一个更重要的经济指标，因此设计时必须选择合适的电流密度。使用高密度电流与普通型电流对比结果见表1。