鍍鉻板生產(chǎn)線鍍液凈化技術(shù)

朱國(guó)和

（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上海 200431）

鍍鉻板生產(chǎn)線鍍液凈化技術(shù)

朱國(guó)和

（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上海 200431）

測(cè)試了寶鋼電鍍鉻機(jī)組鍍液中雜質(zhì)顆粒的粒度分布，觀察了鍍液中雜質(zhì)顆粒濃度的變化情況，提出了一種去除鍍液中固體雜質(zhì)的方法，并設(shè)計(jì)了一套凈化過(guò)濾系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際使用，過(guò)濾后的鍍液能滿足高品質(zhì)鍍鉻板生產(chǎn)的要求。

鍍鉻板；鍍液；雜質(zhì)；凈化

1 前言

鍍鉻鋼板(TFS)的生產(chǎn)成本比鍍錫板低，具有鍍層附著力強(qiáng)、印刷性好、無(wú)毒、耐硫化性好等特點(diǎn)，其加工成型性及機(jī)械強(qiáng)度也與鍍錫板大致相同。采用鍍鉻鋼板代替鍍錫板是未來(lái)包裝行業(yè)的發(fā)展方向，因此近年來(lái)鍍鉻鋼板產(chǎn)量在國(guó)外的應(yīng)用逐年增加[1-2]。為適應(yīng)鍍鉻板的市場(chǎng)需求，寶鋼冷軋薄板廠電鍍鉻機(jī)組于2007年興建了第一條鍍鉻機(jī)組，該機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)速度最快、規(guī)格最薄、工藝最先進(jìn)的鍍鉻板專用生產(chǎn)線，具有20萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)能力。該機(jī)組選用“兩步法”工藝和含氟化物型鍍液，冷軋薄帶鋼首先在高濃度CrO3一步液中鍍金屬鉻，再在低濃度CrO3二步液中鍍氧化鉻，這樣可獲得厚度理想且均勻的鉻層和氧化膜[3]，其大致工藝流程如圖1所示。

圖1 鍍鉻鋼板生產(chǎn)中電鍍段工藝流程Figure 1 Process flow of electroplating section in TFS production

鍍鉻機(jī)組自2007年11月進(jìn)入試運(yùn)行以來(lái)，所生產(chǎn)的鍍鉻板存在大量壓痕、凹坑、表面色差、表面光澤度不良、燒點(diǎn)和表面污跡等表面缺陷，這些表面缺陷大多與鍍液的清潔程度有關(guān)。為降低寶鋼電鍍鉻機(jī)組的廢次品率，筆者已對(duì)鍍液中的雜質(zhì)類型進(jìn)行了測(cè)試，并分析了鍍液中雜質(zhì)的可能來(lái)源[4]。本文將在此基礎(chǔ)上，對(duì)鍍液中雜質(zhì)的濃度和粒度進(jìn)行跟蹤分析，通過(guò)試驗(yàn)研究提出去除鍍液中雜質(zhì)的方法，并提出工程應(yīng)用的工藝路線及系統(tǒng)裝備，實(shí)現(xiàn)對(duì)TFS機(jī)組鍍液的離線凈化。

2 鍍液中雜質(zhì)的濃度和粒度分析

鍍液中雜質(zhì)的質(zhì)量濃度對(duì)鍍層質(zhì)量的影響重大，而鍍液中雜質(zhì)的粒度則決定其去除方法。為此，在確定去除方法之前，對(duì)鍍液中雜質(zhì)的濃度和粒度進(jìn)行分析。

2. 1 鍍液中雜質(zhì)的粒度分析

由于鍍液中的大顆粒很容易采用過(guò)濾的方法去除，因此著重分析經(jīng)初步沉淀后依然殘留在溶液中的固體顆粒。采用BECKMAN的粒度分析儀，從現(xiàn)場(chǎng)取得的鍍液經(jīng)一天時(shí)間沉淀后進(jìn)行測(cè)定，所得結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，鍍液中顆粒的粒度大多在1 ～ 40 μm之間。

圖2 鍍液中雜質(zhì)的粒度分布Figure 2 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution

2. 2 鍍液中雜質(zhì)的質(zhì)量濃度分析

采用過(guò)濾的方法，考察了 2個(gè)定修周期內(nèi)鍍液中雜質(zhì)的質(zhì)量濃度變化。從各槽中區(qū)取1 000 mL鍍液，采用濾紙過(guò)濾；所得到的過(guò)濾產(chǎn)物經(jīng)去離子水清洗干凈后放入干燥箱內(nèi)，在110 °C下加熱干燥2 h；待濾紙烘干后，用AB135-S型電子天平分別進(jìn)行精確稱重，得到1 000 mL鍍液內(nèi)固體顆粒的質(zhì)量(含濾紙)。另取5張相同規(guī)格且干燥了的濾紙，稱重后取平均值。含固體顆粒的濾紙的質(zhì)量與濾紙平均質(zhì)量相減，即得固體顆粒的凈重，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 鍍槽中雜質(zhì)顆粒的質(zhì)量濃度變化Table 1 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution

從表1可以看出，鍍液中雜質(zhì)的質(zhì)量濃度隨著施鍍過(guò)程的進(jìn)行而逐漸增加，其中鉻鍍液中的雜質(zhì)濃度明顯高于氧化鉻鍍槽中的濃度，如此高濃度的雜質(zhì)必將對(duì)鍍層的質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響。

3 固體雜質(zhì)的去除方法

從對(duì)鍍液中固體雜質(zhì)的分析可知，鍍液中固體雜質(zhì)的粒度主要集中在1 μm以上。經(jīng)分析，固體雜質(zhì)中既含有有機(jī)物，又含有無(wú)機(jī)物。因此，采用過(guò)濾的辦法較為合適[5]。過(guò)濾器的主要部件為過(guò)濾網(wǎng)，由于鍍液中固體雜質(zhì)的粒度小，鍍液又具有強(qiáng)烈的腐蝕性，過(guò)濾時(shí)需要采用加壓過(guò)濾的方式，因此濾網(wǎng)需選用強(qiáng)度高、耐氧化腐蝕的過(guò)濾材料。不銹鋼燒結(jié)過(guò)濾網(wǎng)是一種可供選擇的濾網(wǎng)。本試驗(yàn)采用的是五層燒結(jié)過(guò)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)材料選316L不銹鋼[6]。

過(guò)濾裝置如圖 3所示，過(guò)濾試驗(yàn)主要考察所選用濾網(wǎng)的過(guò)濾速度和過(guò)濾效果，試驗(yàn)的方法是自現(xiàn)場(chǎng)鍍液槽中分別取1 000 mL鍍液，在該試驗(yàn)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，考察過(guò)濾量隨時(shí)間的變化，以及壓力與過(guò)濾速率的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖3 帶真空系統(tǒng)的鍍液過(guò)濾試驗(yàn)裝置Figure 3 Test equipment with vacuum system for filtration of electroplating solution

圖4 鍍液過(guò)濾試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Test result of filtration of electroplating solution

從圖4可以看出，常壓下過(guò)濾速率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減慢。采用一定的真空度可提高過(guò)濾速率，200 mm水柱的真空度可使過(guò)濾速率提高近一倍。

4 鍍液過(guò)濾裝置及其實(shí)際效果

根據(jù)過(guò)濾試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)制作了如圖5所示的鍍液過(guò)濾系統(tǒng)。

圖5 鍍液過(guò)濾系統(tǒng)的工藝流程Figure 5 Process flow of the system for filtration of electroplating solution

該系統(tǒng)使用自動(dòng)反清洗管式微孔過(guò)濾機(jī)，是一個(gè)完全自動(dòng)的連續(xù)系統(tǒng)，主要包括微濾主機(jī)(1臺(tái))，循環(huán)泵(2臺(tái))，壓濾裝置(1臺(tái))，反洗氣柵，反洗水柵，循環(huán)泵現(xiàn)場(chǎng)操作盒，PLC控制柜，管道閥門等。

鍍鉻機(jī)組離線鍍液凈化系統(tǒng)于 2009年底建造完畢，隨即投入使用，及后研究人員跟蹤過(guò)濾裝置的實(shí)際運(yùn)行效果，其中鍍液中固體顆粒質(zhì)量濃度的變化如圖 6所示。從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，固體雜質(zhì)的質(zhì)量濃度小于20 mg/L，這與過(guò)濾器投入使用前的200 mg/L以上的質(zhì)量濃度相比下降了 90%以上。而鍍液中雜質(zhì)的粒度如圖7所示。從分析的結(jié)果看，鍍液中雜質(zhì)的粒度大多在1 μm以下，其中90%以上的固體顆粒的粒度小于0.747 μm。由此說(shuō)明，電鍍鉻機(jī)組采用過(guò)濾器后，鍍液得到了極大的凈化，達(dá)到了預(yù)期的過(guò)濾效果，鍍鉻的表面質(zhì)量也得到了極大的提高，與鍍液不潔程度有關(guān)的鍍鉻板廢次品率由過(guò)濾系統(tǒng)投用前的 8%下降到0.4%。

圖6 采用過(guò)濾裝置后鍍液中固體雜質(zhì)質(zhì)量濃度的變化Figure 6 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution after the installation of filtration device

圖7 過(guò)濾后鍍液中雜質(zhì)的粒度分布Figure 7 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution after filtration

5 結(jié)論

在研究鍍液中固體物質(zhì)的組成、含量及特征的基礎(chǔ)上，提出了采用增加離線鍍液凈化系統(tǒng)對(duì)鍍液進(jìn)行凈化的方法，通過(guò)試驗(yàn)研究確定了鍍液離線凈化工藝。該鍍液凈化系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，大大降低了鍍層表面質(zhì)量缺陷發(fā)生率，提高了鍍鉻板表面質(zhì)量，增強(qiáng)了鍍鉻產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

[1] 張宏. 鍍鉻簿鋼板(TFS)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J]. 南方金屬, 2002 (4): 13-16.

[2] 朱曉剛, 趙新明. 鍍鉻層的性能及影響因素[J]. 電刷鍍技術(shù), 2001 (2): 18-19, 17.

[3] 劉天成, 盧燕平. 國(guó)產(chǎn)無(wú)錫鍍鉻薄鋼板鍍層的XPS研究[J]. 表面技術(shù), 2003, 32 (5): 20-22.

[4] 朱國(guó)和. 鍍鉻機(jī)組鍍液污染原因分析[J]. 電鍍與環(huán)保, 2010, 30 (1): 15-16.

[5] 丁啟圣, 王維一. 新型實(shí)用過(guò)濾技術(shù)[M]. 2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[6] 左景伊, 左禹. 腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1995.

Purification technique for electroplating solution in tin-free steel production line //

ZHU Guo-he

The particle size distribution of solid impurities in electroplating solution of Baosteel’s tin-free steel (TFS) production line was tested. The concentration variation of impurity particles was observed. A method for removing solid impurities from electroplating solution was developed and a filtration system for purification was designed. The practical running results showed that the filtered electroplating solution meets the requirements of production of high-quality TFS sheets.

tin-free steel; electroplating solution; impurity, purification

TQ153.11

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0016 – 03

Author’s address:Steel Sheet Cold Rolling Plant of Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200431, China

2010–07–22

2010–08–02

朱國(guó)和（1984–），男，河南南陽(yáng)人，本科，助理工程師，主要從事電鍍錫和電鍍鉻機(jī)組電鍍工藝研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) zhuguohe@gmail.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]