不溶性陽極鍍錫氧氣流量控制及應(yīng)用

陳遠(yuǎn)洪*，張誠，喬培培

（河北鋼鐵集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司，河北 衡水 053000）

高速電鍍錫線的生產(chǎn)工藝是不溶性陽極技術(shù)，由生產(chǎn)線外的溶錫系統(tǒng)提供電鍍液中的Sn2+。溶錫系統(tǒng)是將錫粒投入含有稀電鍍液的反應(yīng)罐內(nèi)，并通入一定壓力的氧氣促使錫粒完成化學(xué)反應(yīng)，高濃度Sn2+電鍍液回流到電鍍循環(huán)罐中，從而得到所需Sn2+含量的電鍍液。電鍍循環(huán)槽中Sn2+含量的穩(wěn)定直接影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量及生產(chǎn)成本。目前，國內(nèi)采用不溶性陽極鍍錫工藝的單位一般是通過使用進(jìn)口昂貴的在線Sn2+濃度檢測裝置控制Sn2+濃度[1-2]。本文通過計算不同規(guī)格的鍍錫產(chǎn)品所需溶錫氧氣流量來控制溶錫氧氣流量以保證Sn2+含量的穩(wěn)定，從而實現(xiàn)生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并減少副反應(yīng)的發(fā)生和原材料的浪費。

1 溶錫系統(tǒng)氧氣利用率

1.1 計算方法

通過跟蹤一段時間內(nèi)鍍液中Sn2+質(zhì)量濃度的變化，結(jié)合產(chǎn)品理論耗錫量以及溶錫系統(tǒng)實際使用總量來計算氧氣利用率。設(shè)：氧氣利用率為η(%)，產(chǎn)品寬度為b(m)，生產(chǎn)平均速率為v(m/h)，統(tǒng)計時間為t(h)，雙面理論鍍錫量之和為a雙面(g/m2)，記錄開始和結(jié)束時Sn2+質(zhì)量濃度分別為 1ρ 及 ρ2(g/m3)，電鍍循環(huán)槽液體積為V鍍液(m3)，實際消耗氧氣體積為V實際耗氧量(m3)。則消耗的錫為產(chǎn)品雙面鍍錫量之和，即：

錫的物質(zhì)的量n錫為：

錫的分子量M錫為118.7 g/mol，則由式(1)和(2)得到消耗的n錫(mol)：

電鍍時帶鋼上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為Sn2++ 2e-= Sn；溶錫系統(tǒng)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2Sn + 4H++ O2= 2Sn2++2H2O。由此可知，每向帶鋼表面轉(zhuǎn)移1 mol 錫單質(zhì)，需消耗1/2 mol 氧氣，則溶解消耗的錫所需氧氣n氧(mol)為：

標(biāo)準(zhǔn)狀況下1 mol 氣體體積為22.4 L，則所需氧氣體積為：

循環(huán)槽Sn2+質(zhì)量濃度從 1ρ 變?yōu)?2ρ 所消耗的錫質(zhì)量為：

按上述過程計算槽液濃度變化所需氧氣體積為：

兩過程所需氧氣總體積為：

則氧氣利用率η 為：

1.2 實例

【例1】8 h 內(nèi)溶錫系統(tǒng)氧氣利用率的計算。

相關(guān)條件為：t = 8 h；V槽液= 45 m3； 1ρ= 25 200 g/m3； 2ρ= 26 000 g/m3；實際吹氧量11.00 m3/h，即V實際耗氧量=11 × 8 = 88 (m3)；實際生產(chǎn)寬度0.934 m，生產(chǎn)平均速率16 200 m/h，實際檢測鍍錫量2.53/2.55 g/m2(即兩面鍍錫量分別為2.53 g/m2和2.55 g/m2)。代入式(9)可得η 為69.8%。

不同溶錫系統(tǒng)氧氣利用率不盡相同，因此需用上述方法長期跟蹤或多次測算理論氧氣利用率，求其平均值。

2 鍍錫產(chǎn)品實際需氧量

2.1 計算方法

依據(jù)溶錫系統(tǒng)理論氧氣利用率，可計算生產(chǎn)該規(guī)格產(chǎn)品時溶錫系統(tǒng)吹氧量1Q(m3/h)。t 時間內(nèi)溶解消耗的錫所需氧氣體積 3V 為：

2.2 實例

【例2】氧氣利用率70%的溶錫系統(tǒng)生產(chǎn)過程中吹氧量的計算。

相關(guān)條件為：生產(chǎn)規(guī)格0.18 mm(厚)× 0.824 m(寬)；鍍錫量1.1/1.1 g/m2，生產(chǎn)平均速率18 000 m/h。依據(jù)式(11)，在槽液質(zhì)量濃度不變的情況下，生產(chǎn)此規(guī)格鍍錫板時吹氧量為4.40 m3/h。

3 調(diào)整吹氧量控制槽液質(zhì)量濃度

3.1 計算方法

實際生產(chǎn)中為穩(wěn)定工藝條件，需調(diào)整溶錫系統(tǒng)實際吹氧量以控制電鍍槽液Sn2+濃度在合適范圍內(nèi)。由式(7)、(9)及(10)化簡得僅調(diào)整槽液濃度所需氧氣流量為：

計算得出 2Q 數(shù)值為正則需增大氧氣流量，若數(shù)值為負(fù)則需相應(yīng)減小氧氣流量。

3.2 實例

【例3】在氧氣利用率為70%的條件下，4 h 內(nèi)將45 m3電鍍槽液濃度由27 g/L 降至26 g/L，計算氧氣流量。

根據(jù)式(12)算得 2Q= -1.52 m3/h，即僅降低氧氣流量到1.52 m3/h，4 h 后可達(dá)目的。

4 實際生產(chǎn)過程調(diào)整氧氣流量

實際生產(chǎn)過程中溶錫系統(tǒng)生成的二價錫既要滿足生產(chǎn)產(chǎn)品的需要，又要調(diào)整槽液濃度使其穩(wěn)定在合適范圍。因此實際所需氧氣流量Q實際應(yīng)為滿足生產(chǎn)所需氧氣流量與調(diào)整槽液所需氧氣流量之和。故：

如生產(chǎn)中同時滿足例2 和例3，最終應(yīng)按Q實際= 4.40 + (–1.52) = 2.88 (m3/h)進(jìn)行控制。

5 結(jié)語

某鍍錫廠為控制電鍍循環(huán)槽Sn2+質(zhì)量濃度在工藝參數(shù)范圍內(nèi)，使用上述計算方法，計算出每一規(guī)格和每卷產(chǎn)品生產(chǎn)所需氧氣流量；通過化驗循環(huán)槽與溶錫系統(tǒng)中Sn2+質(zhì)量濃度調(diào)整所需氧氣流量；由操作工根據(jù)上述氧氣流量，實時調(diào)整溶錫系統(tǒng)的吹氧量。

通過長期實踐證明，此法可保證電鍍循環(huán)槽Sn2+質(zhì)量濃度在合適的工藝范圍內(nèi)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

[1] 黃文華.電鍍錫線錫溶解系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[J].冶金自動化, 2011, 35 (s1): 497-500.

[2] 謝志剛, 鄭鈞干.電鍍錫機(jī)組錫溶解工藝的應(yīng)用研究[J].梅山科技, 2011 (5): 18-20.