帶鋼清洗工藝的探討和研究

河鋼集團唐鋼唐山創元方大電氣有限責任公司 王桂清

0 前言

冷軋帶鋼在軋制的過程中，表面會附著一些如軋制油和乳化液、軋制過程中產生的金屬顆粒、分解的碳氫化合物、附帶的化學反應產物（如鐵皂化物）、灰塵等臟物。所以原料帶鋼必須要經過清洗[1,2]，在經過退火爐時，由帶鋼清洗不凈造成的帶鋼表面殘留固體顆粒和碳化物，主要會帶來兩個主要問題[3]：影響退火產品質量，不能滿足客戶需求；產生爐輥結瘤，從而造成帶鋼表面的壓痕和劃傷，臥式爐更為嚴重。

1 帶鋼清洗工藝簡介

隨著鋼鐵市場的不斷發展，對退火產品質也提出了更高的要求，另一方面也推動了退火機組在帶鋼清洗工藝方面的發展，其工藝大致可以分為以下幾類：

1.1 化學清洗法

化學清洗法顧名思義就是使用化學溶劑溶解帶鋼表面殘留物，從而達到清潔帶鋼表面的目的。通常使用的溶劑呈堿性，主要是因為帶鋼表面殘留物主要是乳化液。清洗過程如圖1所示：

圖1 表面活性劑的反應機理

1.2 物理清洗法

物理清洗使用帶有刷毛的刷輥作為沖刷工具，清潔帶鋼表面。刷輥壓下由氣缸或絲杠機構驅動，而刷棍轉動由變頻電機驅動。

1.3 電解清洗法

電解清洗[4,5]是利用帶鋼在熱的強堿液中發生電解效應的特性，去除帶鋼表面的殘留附著物。

2 脫脂機組工藝

2.1 概述

脫脂生產線采用的是立式電解清洗工藝，備有漂洗槽設備。該生產線設備、工藝及自動化系統的配置，在目前投產的脫脂生產線中，屬于比較先進的電解工藝。脫脂之前工序為酸軋，帶鋼表面會有比較多的殘留物，例如軋制油、乳化液等等。在后續加過過程，帶鋼表面殘留油污、鐵粉和其他雜質，會大大影響加工質量。由于電解清洗方法的快速性和高效性，受到了越來越多的關注，也大大提高了帶鋼表面的清潔度。

2.2 電解清洗的原理

帶鋼電解清洗時，通過在帶鋼和電極上外加電壓，使得帶鋼與電極之間產生電感。兩陽極之間對應的帶鋼表面產生負電荷，發生析氫反應：

兩陰極之間對應的帶鋼表面產生正電荷，發生析氧反應：

通過上述兩個電解反應，在帶鋼表面不斷釋放出氫氣或氧氣，氫氣或氧氣溢出時會把附著在帶鋼表面的油膜破壞，隨著氣體持續不斷的釋放，氣泡會將油滴帶到溶解液里區，進而使帶鋼表面附著物脫離帶鋼表面。

在電解堿洗中一般采用帶鋼不直接和電源相連的方法。這種方法通常將電源接在電極板上，入口部分和出口部分分別接極板陽極和極板陰極。電流從陽極經過堿洗液到達帶鋼，再經過堿洗液到達陰極。

3 電解清洗設備的類型

電解清洗設備按照設備形態可以分為四種：立式、臥式、V型、噴射式電解清洗設備。臥式清洗設備電極水平放置，帶鋼水平通過電極板進行清洗。其特點為安裝簡便，穿帶方便，造價低，比較適用于低速機組。其缺點是設備占用面積較大，清洗掉的殘渣沉于底部，不利于及時清理。V型電解機組介于立式和臥式機組的一種形式。它是實際生產中比較常見的一種電解清洗設備。立式電解清洗機組采用垂直電極設置，通常包括一對或幾對電極，而帶鋼在電解槽內垂直電解清洗。該種結構的優點是結構緊湊，空間利用率高，同時還可以將幾個電解單元串聯，大幅提高帶鋼表面的清洗質量，垂直的設計還有利于清洗電解槽底的鐵粉，適合應用于高速運行的大型生產線上。其缺點是設備結構復雜，更換配件難度大，維護成本高，同時在處理斷帶等異常時較為耗時。

4 電解脫脂機組存在的問題及改造

電解清洗槽為立式槽，其正常運行時電解液應為一合適液位才能夠保證機組正常運行。當電解槽內發生漏液導致槽內液位偏低則會造成爆鳴等安全事故。電解清洗槽無介質儀表檢測電解液液位。日常檢修或對電解電源進行電解能力測試時，需人工觀察以確認槽內電解液液位。針對實際情況，對電解槽進行了設備改造，增加了差壓液位計，并在程序中增加聯鎖，在合適的液位時機組才能正常運行。當電解槽發生漏液時會報警停車。

由于電解清洗槽內電極板與帶鋼接觸較近，在清洗段張力不投入的情況下，帶鋼可能與電極板接觸，若此時投入電解電源，會造成極大的隱患。由于保持帶鋼靜止不動，長時間電解會造成帶鋼發熱而燒焦，對于立式電解的類型，帶鋼一旦突然失張或者張力變小，通過用電解上絕緣檔板將電極與帶鋼隔開是很難做到的。在帶鋼焊接或事故停機時自動切斷電解電源是非常必要的。針對立式電解槽的這種弊端，程序中增加聯鎖，在撤張的情況下，自動切斷電解電源，以保證在生產線未建張的情況下，不發生灼傷帶鋼的事故。

電解清洗時會產生的大量的O2和H2。如果長時間滯留在電解液中時，任意的火花都可能導致爆炸的發生。因此，為了安全考慮，設計過程中就要考慮增加攪動設備和循環系統，并且保證槽上的通風，例如增加抽風口。其次，還要防止電火花的產生，注意銅排與電極連接處的導電特性和緊固性，以防止發生重大爆炸事故。在機組起車時必須保證廢氣排放系統的投入。

電解清洗一般為恒電流輸出，機組設計為電解能力只與速度有關，這樣便存在不同規格的帶鋼在同速度時的清洗效果便會有很大差別的缺陷。針對此項缺陷，對控制程序進行了修改。將電流的變化設計成與速度和帶鋼寬度均有關系。這樣避免了寬帶鋼在清洗過程中清洗不徹底的缺陷，滿足了工藝要求。

5 結語

通過對機組設備改造以及程序的完善，延長了設備檢修周期和設備使用壽命，保障了設備的安全、經濟、穩定運行，滿足了工藝的要求。

[1]王業科,黃幼知.熱鍍鋅帶鋼清洗工藝探討[J].軋鋼,2000,17(2):14-19.

[2]蔣英箴.熱鍍鋅帶鋼清洗工藝在攀鋼的應用[J].軋鋼,2008,25(4):55-57.

[3]周玉.冷軋帶鋼電解清洗設備的原理分析及常見問題處理[J].工程技術:文摘版,2016(9):00216-00216.

[4]吳建生.高電流密度電解清洗帶鋼技術的分析研究[J].軋鋼,2001,18(2):39-42.

[5]戴學誠.冷軋帶鋼的現代電解清洗工藝[J].上海金屬,2007,29(2):4.