二次冷軋?jiān)咫婂冨a前處理中不同清洗劑的清洗效果

周庚瑞，唐杰，李建中

（1.上海寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900；2.華東理工大學(xué)，上海 200237；3.東北大學(xué)，遼寧 沈陽 200431）

二次冷軋?jiān)咫婂冨a前處理中不同清洗劑的清洗效果

周庚瑞1,*，唐杰2，李建中3

（1.上海寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900；2.華東理工大學(xué)，上海 200237；3.東北大學(xué)，遼寧 沈陽 200431）

研究了清洗劑的組成及用量、溫度和清洗時間對二次冷軋鍍錫原板表面油污清洗效果的影響。結(jié)果表明，采用9號清洗劑(含氫氧化鉀30%、葡萄糖酸鉀4%、聚氧丙烯–聚氧乙烯嵌段共聚物13%、硫酸羥胺5%，余量為水)，其用量為3%、溫度為65 °C、浸洗時間為3 s時，二次冷軋鍍錫原板的油污清洗效率達(dá)99%以上。

二次冷軋鍍錫板；原板；前處理；清洗劑

1 前言

鍍錫板是在冷軋低碳薄鋼板雙面上鍍覆純錫，是一種生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜、技術(shù)水平要求很高、制造難度很大而質(zhì)量要求很高的產(chǎn)品[1]。它集鋼的強(qiáng)度和成型性及錫的耐蝕性、焊接性和外觀于一體，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)及各種制作容器、沖壓制品、包裝材料的非食品工業(yè)。目前，世界鍍錫板年產(chǎn)量已超過2 250萬t，我國年生產(chǎn)能力也超過200萬t。

然而，鍍錫板正面臨著其他可替代材料(如鋁材、塑料等)越來越激烈的競爭[2]。目前，鍍錫板正向減薄的趨勢發(fā)展。在鍍錫原板減薄的同時，提高鋼板強(qiáng)度的最好方法就是二次冷軋，其板厚減少至普通鍍錫板的1/2 ～ 2/3(代替普通鍍錫板的平整工序)，即一次軋制板厚為0.18 ～ 0.6 mm，二次軋制板厚為0.14 ～ 0.36 mm，甚至達(dá)到0.10 ～ 0.17 mm。但是，二次冷軋?jiān)灞砻鏆堄土慷啵疱冨a工藝中堿洗工作槽中泡沫增多，嚴(yán)重影響了去油效果，從而導(dǎo)致鍍錫走板速度減慢，生產(chǎn)效率低。另外，堿液中出現(xiàn)易吸附于帶鋼表面的碎沫狀松散型膠體顆粒，嚴(yán)重影響鍍錫板產(chǎn)品質(zhì)量。因此，針對二次冷軋?jiān)?簡稱 DR材原板)表面清洗的研究，對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有著重要的實(shí)際意義。

本文研究了9種不同的清洗劑對鍍錫原板的清洗效果，分析了鍍錫原板處理前后的表面形貌，優(yōu)化了工藝條件，以期提高鍍錫板的成品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 藥品、試片及儀器

二次冷軋?jiān)宓某叽鐬?00 mm × 100 mm。9種清洗劑的組成列于表1。

表1 9種清洗劑的組成Table 1 Composition of nine types of detergents

實(shí)驗(yàn)儀器有上海方瑞 JA5003型電子天平和南京固琦GQ-300型金相顯微鏡。

2. 2 實(shí)驗(yàn)方法

以單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定各參數(shù)的實(shí)驗(yàn)范圍后，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，以清洗效果為衡量指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，每個實(shí)驗(yàn)都取3個平行試樣。

清洗效果 = (處理前表面含油量 ? 處理后表面含油量)÷ 處理前表面含油量。

含油量的測試方法：試驗(yàn)用鋼板由取樣人員從冷軋鋼卷上剪下(要求表面不得有其他油液、油污、水滴和手印，四邊平整)，將專用取樣環(huán)扣在測量面上；然后在取樣環(huán)中倒入一定量(30 ～ 40 mL)的四氯化碳，使鋼板上的油溶解；接著用醫(yī)用玻璃針筒吸取四氯化碳及被溶解的油，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中。重復(fù)以上步驟2次，最終溶液不超過80 mL。將容量瓶中的溶液用紅外光譜進(jìn)行分子振動的吸光度分析，取紅外光譜2 700 ～ 3 100 cm?1范圍內(nèi)的所有振動峰的全面積作為分析結(jié)果。根據(jù)峰面積求得油液質(zhì)量，再除以試樣鋼板面積，即得鋼板單位面積內(nèi)的含油量。

3 結(jié)果與討論

3. 1 工藝條件的單因素實(shí)驗(yàn)

恒定清洗液溫度65 °C、清洗時間3 s，改變清洗劑的種類及其濃度，鍍錫原板的油污清洗效果如圖 1所示。

圖1 清洗劑的濃度對油污清洗效果的影響Figure 1 Effect of the concentration of detergent on degreasing efficiency

由圖 1可知，隨著清洗劑濃度的增大，鍍錫原板的油污清洗效果明顯提高，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時，清洗效果都提高得較為緩慢。此外，不同清洗劑的清洗效果也有所差異，清洗劑9的清洗效果最佳。這是由于堿性除油主要是通過皂化反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，即有足夠的堿和具有使油污表面更新的條件，就可以將可皂化油完全清洗干凈。清洗劑濃度低時，堿的濃度不足，影響了皂化反應(yīng)；而清洗劑濃度高時，肥皂的溶解度下降，且油污表面更新速度有限。所以，清洗劑濃度過高，不利于皂化反應(yīng)。而不同清洗劑的清洗效果主要取決于添加劑(表面活性劑和乳化劑)，從而改變油污表面的更新速度。

圖2為清洗時間3 s、清洗劑濃度3%時，清洗液溫度對油污清洗效果的影響。

圖2 清洗液溫度對油污清洗效果的影響Figure 2 Effect of the temperature of cleaning solution on degreasing efficiency

由圖 2可知，溫度越高，油污清洗效果越好。這是由于溫度越高，鋼板表面黏附的油脂與清洗劑的物理化學(xué)反應(yīng)速度越快[3]，同時，油污的黏度隨著溫度的提高而降低，故除油越容易。但從成本考慮，溫度不宜過高。清洗劑含有一定的表面活性劑和乳化劑，會影響油污的黏度，因此可以有效降低清洗液的溫度。

圖3為清洗劑濃度3%、清洗液溫度65 °C時，清洗時間對油污清洗效果的影響。

圖3 清洗時間對油污清洗效果的影響Figure 3 Effect of rinsing time on degreasing efficiency

由圖 3可知，隨著清洗時間延長，油污清洗效果越來越好。這是由于時間的延長可以使皂化反應(yīng)和油污表面更新更加充分，但時間過長會影響鍍錫板的生產(chǎn)效率。

3. 2 工藝條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選擇清洗劑 9進(jìn)行正交試驗(yàn)，考察清洗劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度及清洗時間3個因素對清洗效果的影響。按三水平四因素的正交表L9(34)進(jìn)行試驗(yàn)：因素A為清洗劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取2%、3%和4%；因素B為溫度，取55、65和75 °C；因素C為清洗時間，取1、2和3 s；因素D為空。以清洗效果為衡量指標(biāo)，得優(yōu)化的工藝條件如下：清洗劑 9的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，溫度65 °C，清洗時間2 s。對上述工藝條件進(jìn)行了驗(yàn)證，清洗效果達(dá)到99%以上。

3. 3 鍍錫原板清洗前后的表面形貌

圖4a為鍍錫原板清洗前的表面形貌，鍍錫原板表面發(fā)亮，且局部存在黏附物。

圖4 鍍錫原板清洗前后的表面形貌Figure 4 Surface morphologies of black plate before and after cleaning for tin electroplating

采用清洗劑 9在上述最優(yōu)工藝條件下對鍍錫原板進(jìn)行處理后，所獲得的表面狀態(tài)如圖4b所示。由圖4b可知，鍍錫原板表面黏附物少，且沒有光亮的油污。這也說明了清洗劑 9對二次冷軋?jiān)宓谋砻媲逑葱Ч己谩?/p>

4 結(jié)論

確定了對二次冷軋鍍錫原板有優(yōu)良清洗效果的清洗劑(由含氫氧化鉀30%、葡萄糖酸鉀4%、聚氧丙烯–聚氧乙烯嵌段共聚物13%、硫酸羥胺5%及水組成)，其最優(yōu)工藝條件為：質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，溫度65 °C，浸洗時間3 s。此條件下清洗后，二次冷軋鍍錫原板表面狀態(tài)良好，清洗效果達(dá)99%以上。

[1] 安茂忠. 電鍍理論與技術(shù)[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2004.

[2] 劉相華, 王國棟, 杜林秀, 等. 普碳鋼產(chǎn)品升級換代的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[C] // 中國金屬學(xué)會第7屆軋鋼年會論文集. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2002: 415-420.

[3] 陳潔. 油脂化學(xué)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.

Cleaning effectiveness of different detergents in pretreatment of double cold-rolled black plates for tin electroplating //

ZHOU Geng-rui*, TANG Jie, LI Jian-zhong

The effects of the composition and concentration of detergent, temperature and rinsing time on cleanout efficiency for double cold-rolled black tinplates were studied. The results showed that the degreasing efficiency is above 99% by rinsing with 3% detergent No.9 (composed of potassium hydroxide 30%, potassium gluconate 4%, polyoxypropylene–polyoxyethylene block copolymer 13%, hydroxylamine sulfate 5%, and the balance water) at 65 °C for 3 s.

double cold-rolled tinplate; black plate; pretreatment; detergent

Steel Sheet Cold Rolling Plant, Baosteel Branch, Shanghai 200431, China

TG178; TQ153.13

A

1004 – 227X (2011) 02 – 0009 – 03

2010–09–07

2010–10–14

周庚瑞（1977–），男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，工程師，從事金屬包裝材電鍍工藝研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) zgr393@163.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]