大电流母排的管理与维护

刘 进

（武汉钢铁有限公司冷轧厂，湖北武汉 430082）

1 清洗段大电流母排的作用及原理

在钢企冷轧工艺中，为保证钢板后工序的产品质量，必须对带钢表面进行清洗。在微观下带钢表面会有细小凹点，这些凹点中污渍依靠刷辊和碱液无法清除干净。为解决这个问题，对带钢表面清洁度要求较高的涂镀生产线和连退生产线，都会采用电解清洗的方式。

冷轧产线完整的清洗区域通常包括碱洗段、刷洗段、电解清洗段、漂洗段和烘干段等。其中最关键的是电解清洗段，电解清洗基本决定了整条生产线的带钢清洗质量。电解清洗的原理是将带钢浸泡在充满热碱溶液的电解槽中。电解槽采用碳钢或不锈钢材料，内部有衬胶层。电解槽中放置电解极板，系统通过整流装置给电极板输出大电流，使电极板带有极性。大电流通过电解液使带钢形成另一极。水的电极反应在带钢表面生成许多小气泡，气泡变大将带钢表面的油脂和铁粉杂质剥离带出，达到清洗带钢的目的。

电解清洗整流装置采用大电流小电压模式。首先利用变压器将三相交流电压降低为所需低电压，然后用双向可控硅进行整流，输出直流大电流。大电流母排电压一般约为DC 37 V，电流则可以达到上万安培。大电流母排是整流装置和电极板的电气连接载体，大电流母排的日常维护和检修十分重要。

2 清洗段大电流母排管理的重要性

大电流母排的管理通常是指大电流母排本体及相关电极板部分的运行与维护。虽然大电流母排通常不易出现设备问题和事故，但不能忽视。业内人员将大电流母排设备维护的特点称为“一般不出事，一出就是大事”。一旦出现问题通常会引发火险、火灾、爆鸣和爆炸等大事故。

从电解清洗原理可知，电解主要是分解电解液中的水。无论带钢是作为阴极或阳极，都会电解出大量气体，即2H2O=2H2↑+O2↑。当带钢作为阴极，电极板作为阳极时，会析出氢气，水电离出的OH-参与的电极反应式：4H2O+4e-=2H2↑+4OH-；当带钢作为阳极，电极板作为阴极时，会析出氧气，水电离出的H+参与的电极反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+。

综上可知，电解槽在持续生产过程中会产生大量氢气和氧气，氢气析出量大于氧气析出量。氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%（体积百分浓度），即如果氢气在空气中的体积百分浓度在4.0%～75.6%时，会形成一种易爆性混合物，遇到火源就会爆炸。即使不发生爆炸，在大量氧气助燃下，也会引起火灾，造成巨大损失。

大电流母排产生的热能，可以根据焦耳定律计算，Q=I2Rt，其中，Q 为产生的热量，J；I 为电流，A；R 为电阻，Ω；t 为时间，s。通常大电流母排正常工作时电流约为5000 A，而且是持续供电。实际应用过程中，I 和t 取决于生产工艺，清洗段大电流母排的发热量主要取决于母排电阻。无疑，大电流母排各部位连接处电阻最高。以母排连接处电阻1 Ω 计算，大电流母排仅以5000 A 的电流工作60 s，连接处就会产生1.5×108J 的热量。如果母排连接处不紧密，R 可能增大至几百甚至上千欧姆，相应热量也会增大几百至上千倍。如此大的热量若不能及时散发，会引起母排连接处超温发红，点燃周边可燃物，引起火灾。如果此时附近氢气含量达到爆炸极限，则会引起爆鸣。

我国各大钢厂已不止一次出现大电流母排超温、打火导致电解槽氢气爆鸣的重大事故。严重时产生爆炸，巨大的破坏力可以将电解槽盖掀翻。

3 清洗段大电流母排的运行管理及维护

3.1 大电流母排的运行管理

为了生产安全，现在的产线设计都会在电解槽顶部增加一台稀释风机，抽出电解槽析出的氢气，降低空气中的氢气浓度。电解槽抽出的气体由一台大功率排放风机通过专用排放管道排放到大气中。在日常点检过程中，一定要关注稀释风机是否正常运转，风轮有无脱落或破裂。废气排放风机运行是否正常，风机流量是否正常。在PLC 控制程序中，稀释风机和排放风机与电解整流柜有连锁。如果稀释风机或排放风机停止运行，系统将会自动切断大电流母排的电流输出，确保氢气浓度不会超出标准。设备管理部门要明确规章制度，禁止出现非法短接连锁信号的情况。

另一种安全隐患是电解槽无电解液。电解槽内的衬胶一般是橡胶成分，一旦电解槽没有电解液，而大电流母排持续输出电流，会导致温度迅速上升，点燃电解槽内的衬胶，引发火灾。在自动控制中，系统检测到电解槽内没有电解液是不允许输出电流的。但要防止操作工不了解情况，擅自将电解整流柜的控制改为手动或者模拟电解槽液位信号，强行输出大电流导致故障。

在带钢电解清洗中最常用的是中间导电体法，即带钢不直接和电源连接。如果电解槽中带钢无张力，带钢垂落直接触碰到电极板，则会出现大电流烧蚀或熔断带钢。在控制系统中，必须严禁清洗段带钢张力未建立时，大电流母排输出电流。有的机组还将机组速度加入连锁，在清洗段带钢速度为零时，大电流母排禁止输出，进一步确保生产安全。

3.2 大电流母排的点检

从上文可知，大电流母排各部位连接处是日常点检的关键点。在维护过程中，要尽量减少母排连接处的电阻值，从而降低母排连接处的温度。日常点检中有一个实用技巧：定期观察并记录大电流母排的直流电压值和电流值。根据欧姆定律U=IR，在直流输出电压值相同情况下，输出的电流值也应该一致。如果根据观察趋势，发现直流输出电压一定而输出的电流值越来越小，则表明电阻有逐渐增大的趋势。点检员必须查明具体原因，检查母排连接处是否不紧密，电极板是否松动。

大电流母排点检必须使用点温枪或红外成像仪，定期测量母排连接处和极板的温度。这两处温度的通用点检标准为≤70℃，点检员必须定期做好记录，观察温升是否有逐渐上升的趋势。也可在母排联结处关键点上，贴上感温标签。日常根据感温标签的颜色，可大致判断母排是否超温。

母排接地也是大电流母排维护中需要高度重视的问题。一旦母排搭上外部防护网，接地电流会很大，母排急剧发热，温度可以达到1000 ℃以上，引燃周边可燃物，造成火险、火灾等重大事故。2017 年，某钢厂曾经出现大电流母排搭碰到防护网外壳，烧熔铁制防护网，点燃防护网上的绝缘胶皮，引起火灾。

要定期对大电流母排进行目测点检，关注大电流母排是否有搭接接地，母排上是否有结晶物和碱液残留。结晶物会影响母排散热，母排连接处的结晶物和碱液还会对铜排产生电化学腐蚀，影响母排导电性能。结晶物和碱液过多，会降低母排绝缘，严重时也会引起母排接地，增大安全风险。目测点检内容还应包括母排是否有打火放电现象、母排周边有无漏碱漏液、母排上有无杂物、母排是否发黑变色、母排是否有铜绿、连接螺栓是否锈蚀，以及母排防护网罩是否良好等。

3.3 大电流母排的检修

大电流母排的检修通常至少半年一次。检修内容有清洁母排，去除母排残留物，清洗母排绝缘部件，检测母排对地绝缘，检查母排和极板连接的可靠性，检查极板是否腐蚀等。

母排连接螺栓要确保牢固，母排连接接触面要保持干净平整。检修时根据点检情况，定期清洁大电流母排上的结晶及碱液，更换生锈的螺栓。如果发现母排表面凸凹不平，或有难以去除的氧化层，则要用砂轮机或者细砂纸对母排连接接触面进行打磨。连接时在接触面涂上导电膏，以增强导电性能。

母排连接螺栓一般为高强度镀锌螺栓，紧固时要用力矩扳手，确保连接力度又不伤害螺栓。螺栓紧固的力矩标准以生产厂家的产品手册为准。通常企业参照的标准为Q/STB 12.521.5—2000。也可参考GB 3098.13 来制定，拧紧力可取最小破坏力矩的80%。按标准紧固后，必须在螺栓上做好防松标记，方便点检时巡查。

母排对地绝缘的检查为每年一次，检查前必须脱开电解整流柜的输出端，对地绝缘的通用标准为1 kΩ 以上。各产线可根据设备实际情况加以调整。如果母排对地绝缘不佳，则必须对母排螺栓的绝缘套管、母排的绝缘垫进行检查、清洗或更换。

4 结语

钢企的大电流母排管理不算复杂。相对其他设备，大电流母排运行平稳且故障率低，平时即使有一些小问题也不会立即爆发，因而设备管理者易忽视。但是一旦大电流母排设备隐患累积过多导致发生事故，后果却非常严重。目前，很多钢企对于大电流母排引起的事故开始警惕，将其列入专项管理，提升到安全生产的高度。了解大电流母排设备的运行原理和维护细节，会有助于人们更好预防大电流母排发生各类事故。