带钢热镀锌电解清洗工艺和控制

摘 要：本文对热镀锌机组中的电解清洗工艺进行了说明，根据现场的实际生产经验，论述了生产过程中影响电解清洗的相关要素，对这些过程影响因素进行了详细的说明，同时对控制过程中应该注意的问题也进行了论述。

关键词：电解清洗工艺、过程要素、要素控制

0 引言

镀锌机组接受上道冷轧来料带钢后，带钢表面存在轧制油以及运输过程中产生氧化铁皮，如果轧制油和铁粉超过一定值，在退火时不能完全分解掉，将在钢板表面形成结碳等缺陷，这些表面缺陷影响了镀层的粘附性。通过有效的表面清洗清除这些表面缺陷保证了后续涂镀后的带钢表面质量。而电解清洗是整个清洗系统中的重中之重，电解清洗同时具有化学清洗和机械清洗两方面的功能，最大程度的对带钢表面进行去污除油。为了保证清洗的有效性，必须对清洗过程中的各个工艺参数进行控制，同时为了提高效益，保证清洗有效性的同时还要使其高效，这就对各工艺制度和现场操作人员提出了更高的要求。

1 电解脱脂液化学脱脂

1.1 碱性化学脱脂除油机理

化学清洗主要是用固定组分的脱脂剂配制成清洗介质.去除带钢表面粘附的污垢。脱脂剂主要由表面活性剂和作为助洗剂的氢氧化钠、碳酸钠、硼酸钠、硅酸钠等碱性化合物组成[1]。利用脱脂剂的皂化作用和乳化作用将带钢表面的油脂除去。

a皂化作用[2]：金属表面油污中的动植物油（主要成分是硬脂酸），与碱生成硬脂酸钠（即肥皂）和甘油，溶解进入碱性溶液，俗称皂化反应，以除去工件表面油污[2]。

b乳化作用[2]：脱脂剂的重要组分是表面活性剂，矿物油靠其乳化作用而除去。表面活性物质吸附在界面上，憎水基团向着金属基体，亲水基团溶液方向，使金属与溶液间界面张力降低，从而在流体动力等因素的作用下，油膜破裂变成细小的珠状，脱离金属表面，分散乳化以及分散到溶液中形成乳浊液。

c浸透作用（润湿分散作用）[2]：皂化与乳化作用均系从油污表面逐步进行，而使碱性溶液浸透油脂内部，达到并润湿带钢表面，增进了脱脂除油的效果。

1.2 电解化学脱脂控制因素

化学脱脂过程控制主要是对脱脂液的控制，既要考虑到脱脂液脱脂过程中的有效性，也要从成本控制的方面考虑到脱脂的高效性，因此，过程控制中需要关注脱脂液浓度、温度、压力和影响脱脂液消耗的因素。

1.2.1 浓度控制

碱液中碱含量的增加，可加速皂化反应的进行，有利于油污的去除，但也不宜过高[2]。浓度过高，会使肥皂的溶解度和乳化液的稳定性下降，反而降低了清洗效果，同时也会造成脱脂剂的浪费。

1.2.2 温度控制

随着温度的上升，附着在金属表面的油脂粘度不断下降，流动性增加，所以油脂容易脱离，同时，随着温度的提高，清洗剂的导电性能增加并且促进碱的皂化反应，从而提高清洗性。但过高的温度和过低的温度都会导致泡沫的急剧增加[2]。

1.2.3 泡沫的损失

皂化反应的过程中会产生大量的泡沫，而这些泡沫会从循环槽的溢流口流失，此外循环槽液位的高度也影响到泡沫的流失[2]。为了防止泡沫的流失造成脱脂液的消耗，一方面选择低泡的表面活性剂，减少泡沫的产生，也可以添加消泡剂来消除产生的泡沫；另一方面，更加合理的控制槽内的液位给泡沫存在于槽内的空间，使得一部分泡沫自行破裂。

1.2.4 为维护槽液清洁程度的排放

槽液的清洁程度直接影响到泡沫的产生和带钢清洗后的清洁程度，直接影响槽液的使用寿命，因此维持一定程度的槽液清洁度来保证泡沫的产生量和带钢的清洁程度，同时尽可能少的对碱液进行排放[2]。

2 电解机械脱脂

电解清洗依靠在带钢表面产生的气泡附着在油污上，由于浮力作用，气泡将油污带离带钢表面。

2.1 电解机械脱脂原理

电解脱脂时钢板本身并不直接带电，而是借助于通直流电夹持带钢的电极栅板的电磁感应，使带钢带电而发生电解反应。生产实践证明，电化学除油的速度是化学除油速度的数倍，而且油污清除效果好。主要原因是电化学除油时，不论带钢作为阴极还是阳极，其表面上都析出大量气体，实际上是电解水的过程[3]。

电流从极板经过脱脂液到达带钢，然后在带钢内部继续前进，到达与出口部分的极板相对应的位置，并从带钢又经脱脂液到达另一极板。在入口部分与阳极极板相应的带钢，相对于阳极来说，电位为负，则为阴极。

在同样电流下，阴极清洗在钢丝表面产生的气体体积是阳极清洗的两倍，气体对油污的作用是阳极清洗的两倍，因此，阴极电解清洗产生的机械擦刷作用及对清洗液的搅拌作用都比阳极电解清洗大

2.2 电解机械脱脂过程影响因素

2.2.1 极板间距

间距的大小影响着电路产生的阻抗值，间距愈小电荷运动阻力愈小，有效能量愈大。反之，电荷运动阻力愈大，无效能耗愈大[2]。

Ei = D / （ Q 0-3 02 ）

式中，D为电流密度，H为带钢与极板间距，Q为电解质导电率

为了提高有效能，尽量减小极板间距，但是如果带钢与极板间距太小，由于带钢垂度或板形不好、高速运行张力波动等因素，容易造成带钢与极板接触，产生电弧击穿带钢现象，通常极板的间距在5公分左右。

2.2.2 电解时间

由于油污的脱离需要一定量的气泡附着于污物的表面，而电解产生气泡需要一个量的积累过程。如果极区长度太短，电解时间短，带钢表面产生的气泡少达不到清洗效果。

2.2.3 电极切换

电极切换的主要作用是防止阴极产生的大量氢气累集导致爆炸。同时，也是为了极板能够自清洗，在电解过程中极板表面本身也产生气泡，长时间累计形成一层氧化膜，阻碍了电流的传导。电极切换有效防止了极板表面太脏而造成的清洗效果变差。现场生产中通常生产一卷带钢后进行一次极性的切换。

2.2.4 清洗液的流速

极板间的电解质的流动带走了气泡，同时进行了电解质的更换，增加了电导作用的有效性。具体方法一方面可增加在线槽的溢流；另一方面可以选择合适的带钢速度，带动液体的流动，速度的选择要与电流密度相匹配。

2.2.5 极板长度

极板的长度必然大于来料的最大宽度，但是该长度对于窄料来说可能过宽，由于边部积聚效应，边部的电流大于中部电流，造成清洗不均。立式电解清洗可加边缘罩，另一方面可以通过变频控制控制极板不同部位的电流。

3 总结

为了能够达到需要的清洗效果，首先在最初的设计过程中必须进行综合考量，进行合理的设计。同时在后续的生产中，根据实际的生产情况来制定合理的工艺规程，保证脱脂液的清洗效果，保质同时高效，以提高整体电解清洗效率，降低生产成本。

参考文献：

[1] 贾明镜. 浅论八钢热镀锌机组脱脂清洗工艺. 金属材料与冶金工程， 2010年8月， 第38卷第4期：25-28， 31.

[2] 王卫远， 陶厚龙. 马钢l#连续热镀锌机组清洗段工艺的优化. 《第十八届全国薄板宽带生产技术信息交流会》论文集： 240-245.

[3] 吴建生. 高电流密度电解清洗带钢技术的分析研究[J]. 轧钢， 2001年4月， 18（2）.