冷轧基板水平式电化学脱脂简析

摘要：脱脂机组是马口铁基板生产六大工序其中之一，主要是去除冷轧板面残留的油污和铁粉，避免退火后板面出现外观缺陷和对后续工序生产造成事故。清洗工艺的控制直接关系清洗效果，找出适合的脱脂工艺参数范围比较重要。

关键词：冷轧带钢;化学脱脂;电解脱脂

1概述

冷轧带钢表面附有轧制油、机油、粉末和灰尘等污物，其中油膜厚度在200mg/m2～300mg/m2，反射率在60%～70%之间。清洗不净时，退火后污物形成的碳化物会影响外观质量，也会对后续生产造成影响，最终影响到电镀锡板的耐腐蚀性。清洗的方法有化学、物理、电解和超声波清洗法等。对冷轧基板而言，采用化学喷淋清洗、电解浸泡清洗和物理刷洗组合的方式较多。

2水平式电化学脱脂清洗线的工艺

水平式电解化学脱脂线的生产速度一般比较快，包含开卷段、化学脱脂段（含刷洗）、电解脱脂段、水洗段（含刷洗）、烘干段和收卷段，共七大部分组成，其中与清洗质量关系最密切的工艺段为：化学脱脂段（含刷洗）、电解脱脂段、水洗段。

2.1化学脱脂的机理

化学脱脂是利用溶液的皂化、乳化和螯合作用，通过浸润、渗透和分散等作用，将冷轧钢板表面的油脂和铁粉等脏污去除。化学脱脂段浓度一般控制在40pt～50pt范围，浓度过高，清洗效果好，但是会增加成本，浓度过低，影响清洗效果导致产品质量不良。

2.1.1皂化作用

化学脱脂过程中，因为脱脂液中主要成分氢氧化钠被大量的消耗，有足够循环量对稳定浓度控制比较关键。

2.2.2乳化作用

矿物油属于非皂化油，在碱性脱脂溶液中不发生皂化反应，矿物油主要是由乳化作用来实现清除。表面活性剂是理想的乳化剂，多种表面活性剂组合使用，能够使冷轧基板表面的油膜破裂成不连续的小油珠，表面活性剂中每一个分子的亲油基团和小油滴充分发生亲和作用，通过浸润、渗透、分散等作用有效去除油脂。

2.2.3螯合作用

螯合剂与金属离子作用会形成可溶性的络合盐，螯合剂分子把带钢表面的铁粉、灰尘、碳化物之类的脏污从带钢表面清除。

2.2电化学脱脂段工艺的分析

2.2.1电化学脱脂的原理

冷轧带钢后续涂覆和彩印加工时，对其表面凸度有一定的要求，通常为0.2μm～1.5μm。从微观上讲，带钢表面是凹凸不平的。冷轧时乳化液和杂质会挤进凹槽内，特别是滴落到带钢表面的润滑油黏度很高，在轧制压力下会渗入钢带表面的微孔中，普通的浸泡和刷洗都不能达到清除效果，清洗不良会对后续电镀加工产生负面影响，只有通过电化学清洗才能彻底清除。电化学清洗工作原理如下：

当带钢为阴极，发生还原反应，其表面上析出H2：

4 H+ + 4 e →2 H2↑

当极板为阳极，发生氧化反应，其表面上析出O2：

4 OH- — 4 e→2H2 O + O2↑

2.2.2 水平式电解脱脂设备

主要设备包含：一般由2～8组上线对称的电极板，入口和出口两个沉没辊，若干托辊、储液槽和工作槽组成。电极板水平放置，与地面平行，在每对极板之间加装防止钢带接触极板的格栅，电极板的材质通常为普碳钢、碳钢镀镍、不锈钢和纯镍板，电极板一般设计厚度在10mm～20mm，普碳钢电极板易发生腐蚀，表面会出现明显腐蚀坑，因此需要定期打磨及更换，避免发生尖端放电损伤产品。

2.2.3电化学脱脂工艺的设计

在电化学脱脂工艺中几乎都是采用中间导电体法，即带钢不直接带电，电源接在电极板上，一组阳极板和一组阴极板形成闭环回路，电流从阳极经过碱洗液到达带钢，并从带钢经过碱洗液到达阴极。在阳极板中间，带钢为阴极，带钢上析出氢气;在阴极板中间，带钢作为阳极，带钢上析出氧气。中间导电体法中，考虑到极板上的极化作用和钝化作用，两组电极板极性需要进行转换，一般是10～20分钟更换一次极性，更换时间可以根据实际电流量变化进行设定。带钢为阴极时析出的氢气量比带钢为阳极时析出的氧气量要大1倍，阴极的除油速度快、效果好，但过度析出的氢气会发生渗入带钢内部会使带钢产生氢脆现象。

随着电解液浓度逐渐增大，PH值逐渐升高，通过加适量水复原，但是带钢表面残留的油会与电解液中的氢氧化钠反应降低浓度并不断积累，因此需要定期补充更换电解液来保证电解的活性。

2.2.4影响电化学碱洗效果的因素

（1） 电流密度

电化学清洗的电流密度设定方法，要确保析出足够的气泡以提高清洗速度，一般电流密度应控制在10A/dm2～15A/dm2。电流密度的计算公式为：K=100*I*η/（2*L*W）。

K：电流密度，A/dm2;I：电流;η：电解效率;L：电极长度，m;W：带钢宽度，m。

大电流密度可以提高除油速度，会增大阴极除油的清脆作用，有助于裂缝脏污的去除。由于氢气大量析出，产生大量的碱雾废气，污染空气，需要进行必要性的环保处理。带钢为阳极时，可能发生表面腐蚀，严重时可能出现点状烧蚀，一般呈现黑色，类似火山口形状。综上所述，应根据带钢表面的油污残有量来选择适当的电流密度。

（2） 电解时间

不同表面残油状态，建议考虑不同的电解时间。据经验，阴极的析氢时的发泡持续时间不应低于0.3s，一般氢气泡发的停留时间0.30s～0.50s。大多数的设计会考虑带钢在电解槽内电极板间停留的总时间不小于1.1s。

（3）电化学清洗的温度设定

一般温度控制在50℃～85℃。温度高，能加强乳化作用，增强除油效果，还可以提高溶液的电导率，加快除油过程，但是消耗的热能增加，会增加碱性废气的排放量，污染环境。近年来，随着脱脂剂技术的发展，出现了低温脱脂剂，可以在40℃～60℃温度范围内使用，大大降低了能耗且减少了碱性废气的排放量，符合国家的环保政策。

（4）电化学脱脂的溶液

冷轧带钢的电解液一般采用主要含NaOH的脱脂剂溶液，浓度为40pt～50pt。NaOH是强电解质，在溶液中完全电离，具有良好的导电能力、高效除油、降低阴极的腐蚀。

（5）电解液的循环与更新

溶液的循环搅拌能更换高速运行时带钢上下两层乳化液层，同时通过机械的力量带走带钢表面的油滴，减缓电极的极化作用。

电解液应定期更换，一般更换周期为1个月，具体可以根据过钢量和溶液的维护情况而定，可以通过检测脱脂液中的铁粉含量，一般控制小于1000ppm，达到既保证清洗效果，又降低生产成本。

2.3四级洗水段的设计

水洗段一般会设计为3级～5级，但是比较常见的时四级漂洗，最后一级为脱盐水（去除CL-）直接喷淋，保证带钢表面残留的脱脂液清除干净，且有效防止钢带生锈。一般水洗段采用逐级逆流形式进行补水，起到节约水资源总量作用，每段压力控制可以做不同的分布，一般压力控制在5kg左右，第一级可以适当大些。最后一级漂洗水需要监控电导率参数，一般电导率控制为小于30us/cm，以此判断来水水质和蒸汽情况，保证情况效果。蒸汽的疏水系统不良时，会导致碱性的蒸汽冷凝水进入水洗段，给产品质量带来风险。

2.4热风烘干问题的分析

热风烘干温度一般控制在120℃左右，具体情况与挤干效果和生产速度有关系，烘干和挤干重点是两边部，可以通过调整吹扫角度和增加气刀来调控。

3结语

虽然冷轧基板的电化学脱脂工艺是一项较为成熟的工艺，其设备及控制系统可以完全国产化，但是工艺控制和操作上面的细节仍然不容忽视，特别是要关注蒸汽质量和换热设备定期的检查，最终才能确保清洗后钢板表面的反射率达到90%以上和产品质量。