鄭 雪，鄭廣賢，蘇碧輝

（武鋼重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430083）

電解脫脂是鋼帶前處理中針對(duì)油脂清洗的一種方法，是清除冷軋時(shí)滲進(jìn)鋼帶微觀縫隙中潤(rùn)滑油的必要環(huán)節(jié)。脫脂質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)退火和平整工序的進(jìn)行，脫脂工藝的完善為提供優(yōu)質(zhì)光亮的成品板材有著非常重要的意義。

1 帶鋼脫脂工藝的產(chǎn)生和發(fā)展

電解脫脂機(jī)組是由連續(xù)鍍鋅脫脂段發(fā)展而來(lái)，用于對(duì)冷軋后的帶鋼表面進(jìn)行清洗，去除帶鋼表面的殘油、殘鐵和其他污染物，使鋼卷進(jìn)行罩式退火前的殘?zhí)?、殘鐵量得到有效控制，可抑制退火時(shí)帶鋼粘結(jié)和黑帶等缺陷的產(chǎn)生，從而達(dá)到中高檔板材板面清潔度的要求。

連續(xù)熱鍍鋅技術(shù)的發(fā)展階段分為：森吉米爾法階段、改良森吉米爾法（N.O.F法）階段和美鋼聯(lián)法（全輻射法）階段。早期的森吉米爾法階段，還沒(méi)有設(shè)脫脂段；改良森吉米爾法（N.O.F法）階段，增加了化學(xué)脫脂槽；美鋼聯(lián)法（全輻射法）階段，使得脫脂段得到發(fā)展和完善，單獨(dú)發(fā)展為一個(gè)工藝分支機(jī)組——脫脂機(jī)組，為罩式退火生產(chǎn)提供清潔基板。

2 主要工藝設(shè)備

我國(guó)目前的許多連退、涂層生產(chǎn)線都采用了電解清洗帶鋼的前處理工藝技術(shù)，并且該技術(shù)日趨先進(jìn)。整個(gè)電解脫脂機(jī)組設(shè)備分三部分：入口段設(shè)備、工藝段設(shè)備、出口段設(shè)備。入口段設(shè)備包括：活動(dòng)鞍座、地輥、入口鋼卷小車(chē)、開(kāi)卷器、夾送矯直機(jī)、帶鋼過(guò)渡臺(tái)、液壓剪、1＃糾偏裝置、1＃張力輥等設(shè)備。工藝段設(shè)備包括：高壓水噴洗、堿噴淋、堿刷洗、電解脫脂、熱水漂洗、熱風(fēng)干燥系統(tǒng)。相應(yīng)配置了堿浸噴淋槽、堿刷洗槽、電解清洗槽、水刷洗槽、熱水漂洗槽等5個(gè)主要功能單元及其循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)還包括有堿液自動(dòng)配比供應(yīng)添加系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)、膜過(guò)濾系統(tǒng)等輔助功能單元。出口段設(shè)備包括：2＃糾偏裝置、2＃轉(zhuǎn)向輥、2＃張力輥、出口剪、出口鋼卷車(chē)、皮帶助卷器、出口步進(jìn)梁等設(shè)備。

2.1 電解工藝流程

以某冷軋廠電解脫脂機(jī)組（圖1）為例，該生產(chǎn)線以清洗汽車(chē)板卷為主，達(dá)到減少鋼板表面殘油、殘鐵的目的，從而提升該廠冷軋汽車(chē)板品質(zhì)。機(jī)組采用雙開(kāi)卷、單卷取形式，開(kāi)卷設(shè)CPC，卷取設(shè)EPC等檢測(cè)設(shè)備。機(jī)組入口設(shè)全自動(dòng)窄搭接焊機(jī)，工藝段采用高壓水噴洗—堿水噴淋—堿水刷洗—電解脫脂—熱水刷洗—熱水漂洗—烘干等工藝流程。機(jī)組出口段設(shè)測(cè)張輥，便于卷取張力控制；還設(shè)有焊縫檢測(cè)裝置。全線取消活套裝置，采用最先進(jìn)的電氣裝置調(diào)控張力和速度。工藝段采用物理清洗、化學(xué)清洗、電化學(xué)清洗相結(jié)合的清洗技術(shù)。全線的轉(zhuǎn)向輥、夾緊輥、洗刷輥、擠干輥等數(shù)量較多，為薄板的順利通過(guò)提供保障。

圖1 冷軋電解脫脂工藝布置圖

2.2 設(shè)備功能描述

天車(chē)將鋼卷吊運(yùn)到入口鞍座上，上卷小車(chē)托住鋼卷，人工拆除捆帶，然后入口鋼卷小車(chē)將鋼卷運(yùn)到開(kāi)卷機(jī)卷筒上，旋轉(zhuǎn)液壓缸膨脹固定鋼卷，開(kāi)卷機(jī)浮動(dòng)，自動(dòng)對(duì)中。開(kāi)卷機(jī)將帶鋼頭部導(dǎo)入夾送矯直機(jī)，將超差帶鋼頭送至雙層剪切掉。帶鋼通過(guò)夾送輥送入焊機(jī)焊接，通過(guò)1＃張力輥進(jìn)入脫脂工藝段。脫脂段首先進(jìn)行化學(xué)脫脂（即高壓水噴洗、堿噴淋、堿刷洗），然后進(jìn)行電解脫脂，以除去化學(xué)脫脂后殘留在帶鋼表面的油污，最后經(jīng)過(guò)電解清洗的帶鋼進(jìn)入熱水刷洗槽清除表面的殘余雜質(zhì)，獲得要求的表面清潔度。熱風(fēng)干燥后，帶鋼完成了整個(gè)脫脂過(guò)程。糾偏輥設(shè)在工藝段出口，用于出口段帶鋼的糾偏，2＃張力輥布置在工藝段出口側(cè)糾偏輥之后，用于提供工藝段正常運(yùn)行所需的前張力，出口液壓剪用于分卷和帶鋼取樣，由人工操作控制，最后帶鋼通過(guò)出口轉(zhuǎn)向夾送輥進(jìn)入卷取機(jī)，將成品帶鋼卷成鋼卷。

2.3 電解脫脂原理

在冷軋板退火或鍍層之前的原板上，通常有油脂、鐵粉、氧化鐵膜等殘留物質(zhì)（圖2）。當(dāng)帶鋼通過(guò)盛有堿性溶液的清洗槽時(shí)，在通以直流電的情況下，把帶鋼作為陽(yáng)極或陰極，以此進(jìn)行除油或稱(chēng)電化學(xué)除油。通常采用金屬板作輔助電極，起導(dǎo)電作用。生產(chǎn)實(shí)踐證明，電化學(xué)除油的速度是化學(xué)除油速度的幾倍，而且油污清除更干凈。這是因?yàn)殡娀瘜W(xué)除油時(shí)，不論帶鋼作為陰極還是陽(yáng)極，其表面上都大量析出氣體，這實(shí)質(zhì)是電解水的過(guò)程：

當(dāng)帶鋼作為陰極時(shí)，其表面上進(jìn)行的是還原過(guò)程并析出氫氣：

當(dāng)帶鋼作為陽(yáng)極時(shí)，其表面上進(jìn)行的是氧化過(guò)程并析出氧氣：

電極表面上大量氣體的析出，對(duì)油膜會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的乳化作用。

電解清洗機(jī)理：當(dāng)帶鋼通過(guò)電解清洗槽時(shí)，由于油和堿液間的界面張力減少，油膜產(chǎn)生裂紋。與此同時(shí)，電極由于通電而極化，使得帶鋼與堿液間的界面張力大大降低，因此很快地加大了二者的接觸面積（堿液對(duì)帶鋼的濕潤(rùn)性加大），從而排除附著在金屬表面上的油污，使油膜進(jìn)一步破裂成小油珠。由于電流的作用，在電極表面上生成了小氣泡（氫氣和氧氣），這些氣泡變大，并帶著油珠離開(kāi)帶鋼表面（圖2）。電解清洗過(guò)程是電極極化和氣體對(duì)油膜機(jī)械撕裂作用的綜合。

圖2 原板殘留物放大圖

2.4 高壓水沖洗工藝的應(yīng)用

該系統(tǒng)利用高壓水泵，將水通過(guò)噴嘴使巨大壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，從而形成高速射流，噴射到帶鋼表面，直接對(duì)帶鋼表面殘留污物進(jìn)行清洗。采用常溫高壓水泵，由七柱塞實(shí)現(xiàn)高壓水的排出，流量脈動(dòng)小，壓力穩(wěn)定，適合高壓水連續(xù)清洗帶鋼的要求，不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)榱髁亢蛪毫γ}動(dòng)大造成的帶鋼清洗不均勻，留下污漬痕跡。

高壓水清洗槽為不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，入口設(shè)一對(duì)擠干輥，出口設(shè)兩對(duì)擠干輥，擠干輥下輥固定，上輥由一對(duì)氣缸驅(qū)動(dòng)。槽蓋上設(shè)抽霧口與全線抽霧系統(tǒng)連接。槽體上設(shè)回流口，清洗水沿回流口和附屬管道回流到循環(huán)罐。帶鋼在槽內(nèi)沿4個(gè)轉(zhuǎn)向輥纏繞運(yùn)行。高壓噴射集管在帶鋼纏繞部分對(duì)帶鋼進(jìn)行噴射，用高壓水清洗帶鋼表面，初步去除軋制之后帶鋼表面的殘油和殘鐵。

3 影響電解清洗效果的因素

影響帶鋼清洗質(zhì)量的主要因素有清洗溫度、清洗液中堿的濃度、電解電流、脫脂液中含油量、清洗時(shí)間（機(jī)組生產(chǎn)速度）等。此外，選用脫脂劑的成分組成對(duì)清洗效果亦有很大影響［2］。

保證電解清洗快速、高效的另一個(gè)重要條件是電流密度。當(dāng)帶鋼表面油污一定時(shí)，電流密度越大，除油速度越快。但是，電流密度不能無(wú)限制地提高，因?yàn)殡娏髅芏燃哟蟮揭欢ǔ潭群?，除油速度的增加不再明顯，反而造成清洗槽電壓過(guò)高，使電能消耗過(guò)大。其選擇應(yīng)能保證析出足夠量的氣泡，既能使油珠機(jī)械撕離，又能攪拌電解溶液。在實(shí)際生產(chǎn)中，能源消耗是一個(gè)更重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須選擇合適的電流密度。使用高密度電流與普通型電流對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高密度電流與普通型電流清洗情況對(duì)比

［1］ 吳建生.高電流密度電解清洗帶鋼技術(shù)的分析研究［J］.軋鋼，2001，18（02）：39－42.

［2］ 王林峰.冷軋帶鋼電解清洗工藝探討［C］／／2006年全國(guó)冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)論文集.113－116.