硅钢清洗用高效低泡耐碱脱脂剂性能的研究

2024-01-16刘洋邢一鸣蔡政徐莫临

辽宁化工 2023年12期

刘洋，邢一鸣，蔡政，徐莫临

（沈阳浩博集团有限公司，辽宁沈阳 110122）

硅钢是一种硅铁软磁合金，含硅为1.0%～4.5%，含碳量极低，小于0.08%。由于硅钢的生产工艺窗口窄、工艺复杂，被誉为钢铁产品中的工艺品。硅钢具有导磁率高、电阻系数大等特点，在磁性材料领域中大量应用，是一种重要的节能金属功能材料[1-3]。硅钢在经过冷轧处理之后，需要使用脱脂剂去除钢板表面上的污染物，如果不能将污染物去除干净，会对硅钢后续的生产造成极大的影响。这些污染物主要为油污、铁粉和二氧化硅等杂质，这些杂质往往会在炉底辊表面结瘤，会造成硅钢表面划伤，从而影响钢板表面质量。此外，钢板表面残留的杂质在退火过程中会发生碳化，形成碳质污斑，污染炉内气氛，引起增碳现象，降低脱碳效率，最终影响硅钢产品的性能[4-5]。因此，使用脱脂剂将硅钢板表面的污染物去除干净至关重要。

脱脂剂按种类可以分为溶剂型和水基型，在1980 年以前，普遍采用溶剂型脱脂剂，溶剂型脱脂剂清洗效果好，但是主体成分为有机溶剂，属于易挥发、易燃易爆危险品，不仅污染了环境，又对操作人员造成身体毒害作用[6]。各国于1987 年签署了蒙特利尔议定书，禁止含氟溶剂和可挥发溶剂的使用[7]。1980 年之后，得利于表面活性剂的发展，水基型脱脂剂发展迅速，在金属表面清洗的应用变得越来越广泛。表面活性剂的引入，极大提高了水基型脱脂剂的脱脂率，通过吸附、乳化和分散等作用达到去除油污和杂质的目的[8-9]。

硅钢板表面残留大量的二氧化硅杂质，为了提高清洗的效率，脱脂剂中需要加入的碱液。氢氧化钠可缓慢地与二氧化硅发生反应生成硅酸钠，提高温度和氢氧化钠浓度有利于提高硅酸钠的生成速率，一方面可以抑制硅酸钠水解过程的发生，避免二氧化硅沉淀，另一方面使游离的二氧化硅胶溶过程容易发生，可以提高体系的溶解性[10]。碱液也是发生皂化反应的主要物质，可以有效提高油污去除率，高浓度的碱液更有利于油污的去除，但是表面活性剂通常耐碱性不好，容易在强碱的工作液中析出，影响硅钢板的清洗效果[11-12]。

脱脂清洗常用的方法有浸泡脱脂和喷淋脱脂。浸泡脱脂是将硅钢板浸入脱脂剂中，在60～90 ℃下浸泡一段时间，钢板上的油污和杂质在表面活性剂的作用下发生剥离、乳化、皂化等现象。喷淋脱脂则是使用高压水流冲击钢板表面，由于水流的冲击作用，脱脂剂对钢板进行脱脂的过程得到强化。与浸泡脱脂相比较，喷淋脱脂使用脱脂剂的量较少，脱脂清洗的效果较好，但是在喷淋过程中，喷射的水流对工作液的冲击作用，会产能大量的泡沫[13]。使用消泡剂可以快速消除工作液液面的泡沫，但由于复配稳定性差，产品配制时需要添加大量增溶剂，增加产品原料成本。工作液在使用过程中，消泡剂容易析出甚至堵塞喷头[14]。因此，本研究研发了一种新型高效低泡耐碱脱脂剂，对其应用性能做了比较全面的分析。

1 实验部分

1.1 主要原料

轧制油和硅钢板（取自加工现场），硅钢板制作成尺寸为120 mm×80 mm 的样片，在硅钢板顶部中央位置打孔；耐碱复合活性剂，实验室自制；氢氧化钠。

1.2 主要仪器设备

罗氏泡沫仪、表面张仪、pH 计、自制喷淋机、烘箱。

2 结果与讨论

2.1 基础指标

先对耐碱复合活性剂进行检测，其中耐碱性的检测方法为：取0.2 g 复合表面活性剂加到14.8 g 去离子水中，充分溶解后再加入5 g NaOH 固体。搅拌观察溶液溶解情况，若溶液为澄清、不析出，表明该复合表面活性剂在质量分数为25%的NaOH 水溶液中稳定，继续加少量NaOH 至溶液刚好浑浊，不再清澈。浑浊前加入NaOH 的量即为该复合表面活性剂的耐碱上限[15]。复合活性剂的各项指标如表1 所示。

表1 复合活性剂指标

由表1 可知，其耐碱性可以达到320 g·L-1，完全满足生产现场工艺使用需求（脱脂剂碱液质量浓度要求达到250 g·L-1）。将复合活性剂与25%的碱液配制成脱脂剂GQ-31，进行应用性能的研究。

2.2 乳化性能

将3%质量分数的脱脂剂GQ-31 水溶液和油加入具塞量筒中，上下摇动5 次，静置1 min，然后摇动5 次，再次静置1 min，重复此操作5 次，第五次摇动后，保持直立并记录水量达到10 mL 的时间。实验用油选择大豆油和机械油，将进口脱脂剂与GQ-31 做平行对比，结果如图1 所示。时间越长说明乳化性能越好，脱脂剂GQ-31 对大豆油和机械油乳化性良好，略优于进口脱脂剂。