新型高電流密度不換極性電解清洗槽

王 浩

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

1 前言

電解清洗槽用于清除冷軋帶鋼表面上附著的油垢、鐵粉等污物，是帶鋼涂鍍生產(chǎn)線、帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線和帶鋼脫脂生產(chǎn)線中的主要設(shè)備。

傳統(tǒng)的電解清洗槽主要有水平沉浸式與垂直沉浸式，其電流密度一般不大于20A/dm2，極板與帶鋼的間距比較大，設(shè)備長(zhǎng)度大，電耗也高［1］。為了適應(yīng)電解清洗技術(shù)發(fā)展的需要，20 世紀(jì)又陸續(xù)開(kāi)發(fā)出輥?zhàn)迎h(huán)繞式、垂直沉浸改進(jìn)式、噴咀極板兼容式和—端水平噴流式等。輥?zhàn)迎h(huán)繞式在技術(shù)上比較先進(jìn)和成熟，但設(shè)備體積比較龐大，適用于大型高速帶鋼脫脂生產(chǎn)線。垂直沉浸改進(jìn)式是日本新日鐵公司開(kāi)發(fā)的。這種機(jī)型存在的缺點(diǎn)是:①工作電壓過(guò)高，其整流器的額定電壓為60V，而一般電解清洗整流器只有30V;②極板鈍化快，處理極板鈍化的工作量比較大。日本的噴咀極板兼容式K－CCS，雖然電流密度達(dá)到了100A/dm2，但由于帶鋼通過(guò)噴咀區(qū)域的時(shí)間很短，電荷密度只有正常要求的幾十分之一，故其清洗能力和適用范圍尚有待于進(jìn)一步探討。而日本新日鐵公司開(kāi)發(fā)的一端水平噴流式HPJetCell 清洗槽，由于極板鈍化嚴(yán)重以及帶鋼運(yùn)行穩(wěn)定性差，尚無(wú)法投入正常生產(chǎn)。

綜上可見(jiàn)，在當(dāng)今的電解清洗設(shè)備中，技術(shù)先進(jìn)而成熟的機(jī)型還比較少。為了提供—種技術(shù)先進(jìn)的新機(jī)型，于是研發(fā)出了一種新型高電流密度不換極性電解清洗槽。

2 新型電解清洗槽的原理

現(xiàn)有用于帶鋼涂鍍生產(chǎn)線的水平式電解清洗槽，大多數(shù)都釆用中間導(dǎo)體法，所用的電解清洗槽其極板均采用普通鋼板或不銹鋼板制造。當(dāng)這種極板處于陽(yáng)極狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鈍化層並導(dǎo)致電壓升高，因而每隔一定時(shí)間(通常是每卷帶鋼)，極板必須互換一次極性，以延緩鈍化的速度，使清洗槽能夠在額定電壓內(nèi)工作［2］。盡管這種槽的極板能定時(shí)互換極性，但極板依然存在鈍化現(xiàn)象，而隨著極板鈍化層的逐漸增厚，工作電壓會(huì)逐漸升高。當(dāng)電壓接近額定電壓時(shí)，為了減少停產(chǎn)時(shí)間，并保持清洗槽能夠繼續(xù)運(yùn)行，就要降低工作電流，也就是降低庫(kù)侖密度。當(dāng)其電荷密度低于11C/dm2時(shí)，帶鋼的清潔度就達(dá)不到要求，就要停產(chǎn)對(duì)極板進(jìn)行處理［3］。

另外當(dāng)清洗槽出口側(cè)的極板由陰極變?yōu)殛?yáng)極時(shí)，則通過(guò)此區(qū)域的帶鋼為陰極，此時(shí)清洗溶液中的油污與鐵粉就會(huì)吸咐在帶鋼表面上，從而降低了帶鋼的清洗質(zhì)量。因此在生產(chǎn)中就會(huì)出現(xiàn)一卷帶鋼清洗的干凈，一卷帶鋼清洗的不干凈，這就是極板換極性所帶來(lái)的問(wèn)題。并且傳統(tǒng)的電解清洗槽的電流密度一般不大于20A/dm2，清洗能力比較差。而高電流密度電解清洗槽的電流密度可以達(dá)到100A/dm2以上，并且不用更換極性，保持帶鋼清洗的均勻性［4］。

新型電解清洗槽之所以不換極性是因?yàn)椴捎昧艘环N特殊材料制造的新型陽(yáng)極板，該種材料不僅能夠有很好的導(dǎo)電性，而且能夠使極板在陽(yáng)極狀態(tài)下不產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，不會(huì)因極板鈍化造成電壓升高，能夠持續(xù)穩(wěn)定的保證設(shè)備的運(yùn)行。由于極板不鈍化，電壓穩(wěn)定，電解清洗槽運(yùn)行過(guò)程中能夠有效的節(jié)省電耗。而且該槽不換極性，電流密度高，能夠有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量，是一款節(jié)能高效的設(shè)備。

3 新型電解清洗槽的結(jié)構(gòu)

高電流密度不換極性電解清洗槽的結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。清洗槽帶鋼入口側(cè)的極板固定為陽(yáng)極，出口側(cè)的極板固定為陰極，運(yùn)行時(shí)不改變極板的極性。此槽由上框架、下框架、下陽(yáng)極、上陽(yáng)極、擋液板、擠干輥、支承輥、邊緣罩及其控制系統(tǒng)等組成，詳見(jiàn)圖1。上下陽(yáng)極間距為12mm。在電解槽中部I 和O 電解區(qū)之間，配置了雙腔式下靜壓腔和上靜壓腔。堿液通過(guò)節(jié)流元件輸入上、下靜壓腔，然后通過(guò)帶鋼與上、下靜壓腔腔口之間的間隙hj水平噴入I 和O電解區(qū)，最后通過(guò)擋液板流出［5］。

圖1 高電流密度不換極性電解清洗槽

此槽的主要技術(shù)參數(shù):

帶鋼寬度:900mm ～1300mm

帶鋼厚度:0.3mm ～2.0mm

帶鋼速度:100m/min

整流器:2 ×5000A，25V

帶鋼與極板間距:12mm

4 新型電解清洗槽的特點(diǎn)

1)排氣能力強(qiáng)。由圖1 可以看出，清洗液從中部輸入上、下靜壓腔，然后以較高的速度通過(guò)腔口與帶鋼的間隙hj分別噴至入口清洗區(qū)I 和出口清洗區(qū)O，電解時(shí)產(chǎn)生的氣體隨清洗液從槽的兩端排出，排放路程顯著縮短。因此，其排氣能力遠(yuǎn)優(yōu)于—端水平噴流式清洗槽與傳統(tǒng)的沉浸式清洗槽。

2)可以控制槽內(nèi)帶鋼在較小的運(yùn)行空間內(nèi)運(yùn)行并保持工作穩(wěn)定性。此槽利用清洗液噴射時(shí)在上、下靜壓腔所建立的液體壓力，形成較強(qiáng)的液體靜壓夾持帶鋼能力和液體靜壓抗帶鋼扭曲能力，可以消除帶鋼下垂度，顯著減少帶鋼扭曲度并消除部分板形偏差，從而可以控制槽內(nèi)帶鋼在較小的運(yùn)行空間內(nèi)運(yùn)行并保持工作穩(wěn)定性。

3)消除了極板的鈍化，實(shí)現(xiàn)了極板不換極性的中間導(dǎo)體法，消除了因切換極性而造成的帶鋼表面清洗質(zhì)量降低和因極板鈍化而造成的停機(jī)處理問(wèn)題，從而顯著提高了清洗質(zhì)量和清洗效率。

4)不換極性電解清洗槽的最大工作電流密度達(dá)到了100A/dm2，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的HCD 型電解清洗工藝［4］，因而具有高效、淸洗質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、電耗低等特點(diǎn)。從而為帶鋼涂鍍生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的提高，創(chuàng)造了良好的條件。

5)該槽長(zhǎng)度為2360mm，長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般的電解清洗槽，維修方便，占地面積小。

5 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)備對(duì)比

高電流密度不換極性電解清洗槽主要用于涂鍍生產(chǎn)線和連續(xù)退火生產(chǎn)線的前處理段以及中小型脫脂生產(chǎn)線。由于—端水平噴流式HPJetCell 未能正常用于生產(chǎn)，噴咀極板兼容式K－CCS 的清洗能力和適用范圍尚有待于進(jìn)一步探討，因而可以和高電流密度不換極性電解清洗槽進(jìn)行對(duì)比的機(jī)型主要有水平沉浸式、垂直沉浸式、垂直沉浸改進(jìn)式等3 種。其對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)與國(guó)外同類(lèi)設(shè)備性能對(duì)比

在上述8 個(gè)對(duì)比項(xiàng)目中，現(xiàn)有高電流密度不換極性電解清洗槽都強(qiáng)于現(xiàn)有的電解清洗槽，而且由于高電流密度不換極性電解清洗槽已消除了極板鈍化，其電流密度還可以大幅度提高。

從2009 年起，高電流密度不換極性電解清洗槽已成功應(yīng)用于邯鋼年產(chǎn)量為15 萬(wàn)t 的電鍍鋅生產(chǎn)線。此槽工作穩(wěn)定可靠，清洗質(zhì)量好，從而保證了優(yōu)質(zhì)電鍍鋅板的質(zhì)量。

6 結(jié)論

高電流密度不換極性電解清洗槽具有高效、清洗質(zhì)量好、工作穩(wěn)定可靠、電耗低與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等特點(diǎn)，適用于涂鍍生產(chǎn)線和連續(xù)退火生產(chǎn)線的前處理段以及中小型脫脂生產(chǎn)線。和傳統(tǒng)的沉浸式電解清洗槽相比較，采用高電流密度不換極性電解清洗槽可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少停產(chǎn)損失，降低電耗與維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

目前我國(guó)許多鋼鐵企業(yè)面臨設(shè)備老化、能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量低的現(xiàn)狀，電解清洗帶鋼裝置大都是六七十年代的技術(shù)，亟待更新改造。采用高電流密度不換極性電解清洗工藝設(shè)備，可以收到節(jié)省有效空間、節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。

［1］戴學(xué)斌. 冷軋帶鋼的現(xiàn)代電解清洗工藝［J］. 上海金屬，2007，Vol.29(2):48－53.

［2］王浩. 邯鋼連續(xù)電鍍鋅機(jī)組工藝段設(shè)備及技術(shù)特點(diǎn)［J］.冶金設(shè)備，2014 年特刊(1).

［3］劉文棟，王海峰.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組電解清洗技術(shù)的探討［J］.冶金設(shè)備，2004(6):50－52.

［4］劉津偉，趙林，范世儒.冷軋帶鋼電解清洗技術(shù)及其應(yīng)用［J］.鞍鋼技術(shù)，2010(4):21－24.

［5］Weng Qi.Hydrostatic Horizontal Cell［J］.Advanced Materials Research，2012，572:382 ～389.