硅鋼清洗用高效低泡耐堿脫脂劑性能的研究

2024-01-16 08:37:12劉洋邢一鳴蔡政徐莫臨

遼寧化工 2023年12期

劉洋，邢一鳴，蔡政，徐莫臨

（沈陽浩博集團有限公司，遼寧沈陽 110122）

硅鋼是一種硅鐵軟磁合金，含硅為1.0%～4.5%，含碳量極低，小于0.08%。由于硅鋼的生產工藝窗口窄、工藝復雜，被譽為鋼鐵產品中的工藝品。硅鋼具有導磁率高、電阻系數大等特點，在磁性材料領域中大量應用，是一種重要的節能金屬功能材料[1-3]。硅鋼在經過冷軋處理之后，需要使用脫脂劑去除鋼板表面上的污染物，如果不能將污染物去除干凈，會對硅鋼后續的生產造成極大的影響。這些污染物主要為油污、鐵粉和二氧化硅等雜質，這些雜質往往會在爐底輥表面結瘤，會造成硅鋼表面劃傷，從而影響鋼板表面質量。此外，鋼板表面殘留的雜質在退火過程中會發生碳化，形成碳質污斑，污染爐內氣氛，引起增碳現象，降低脫碳效率，最終影響硅鋼產品的性能[4-5]。因此，使用脫脂劑將硅鋼板表面的污染物去除干凈至關重要。

脫脂劑按種類可以分為溶劑型和水基型，在1980 年以前，普遍采用溶劑型脫脂劑，溶劑型脫脂劑清洗效果好，但是主體成分為有機溶劑，屬于易揮發、易燃易爆危險品，不僅污染了環境，又對操作人員造成身體毒害作用[6]。各國于1987 年簽署了蒙特利爾議定書，禁止含氟溶劑和可揮發溶劑的使用[7]。1980 年之后，得利于表面活性劑的發展，水基型脫脂劑發展迅速，在金屬表面清洗的應用變得越來越廣泛。表面活性劑的引入，極大提高了水基型脫脂劑的脫脂率，通過吸附、乳化和分散等作用達到去除油污和雜質的目的[8-9]。

硅鋼板表面殘留大量的二氧化硅雜質，為了提高清洗的效率，脫脂劑中需要加入的堿液。氫氧化鈉可緩慢地與二氧化硅發生反應生成硅酸鈉，提高溫度和氫氧化鈉濃度有利于提高硅酸鈉的生成速率，一方面可以抑制硅酸鈉水解過程的發生，避免二氧化硅沉淀，另一方面使游離的二氧化硅膠溶過程容易發生，可以提高體系的溶解性[10]。堿液也是發生皂化反應的主要物質，可以有效提高油污去除率，高濃度的堿液更有利于油污的去除，但是表面活性劑通常耐堿性不好，容易在強堿的工作液中析出，影響硅鋼板的清洗效果[11-12]。

脫脂清洗常用的方法有浸泡脫脂和噴淋脫脂。浸泡脫脂是將硅鋼板浸入脫脂劑中，在60～90 ℃下浸泡一段時間，鋼板上的油污和雜質在表面活性劑的作用下發生剝離、乳化、皂化等現象。噴淋脫脂則是使用高壓水流沖擊鋼板表面，由于水流的沖擊作用，脫脂劑對鋼板進行脫脂的過程得到強化。與浸泡脫脂相比較，噴淋脫脂使用脫脂劑的量較少，脫脂清洗的效果較好，但是在噴淋過程中，噴射的水流對工作液的沖擊作用，會產能大量的泡沫[13]。使用消泡劑可以快速消除工作液液面的泡沫，但由于復配穩定性差，產品配制時需要添加大量增溶劑，增加產品原料成本。工作液在使用過程中，消泡劑容易析出甚至堵塞噴頭[14]。因此，本研究研發了一種新型高效低泡耐堿脫脂劑，對其應用性能做了比較全面的分析。

1 實驗部分

1.1 主要原料

軋制油和硅鋼板（取自加工現場），硅鋼板制作成尺寸為120 mm×80 mm 的樣片，在硅鋼板頂部中央位置打孔；耐堿復合活性劑，實驗室自制；氫氧化鈉。

1.2 主要儀器設備

羅氏泡沫儀、表面張儀、pH 計、自制噴淋機、烘箱。

2 結果與討論

2.1 基礎指標

先對耐堿復合活性劑進行檢測，其中耐堿性的檢測方法為：取0.2 g 復合表面活性劑加到14.8 g 去離子水中，充分溶解后再加入5 g NaOH 固體。攪拌觀察溶液溶解情況，若溶液為澄清、不析出，表明該復合表面活性劑在質量分數為25%的NaOH 水溶液中穩定，繼續加少量NaOH 至溶液剛好渾濁，不再清澈。渾濁前加入NaOH 的量即為該復合表面活性劑的耐堿上限[15]。復合活性劑的各項指標如表1 所示。

表1 復合活性劑指標

由表1 可知，其耐堿性可以達到320 g·L-1，完全滿足生產現場工藝使用需求（脫脂劑堿液質量濃度要求達到250 g·L-1）。將復合活性劑與25%的堿液配制成脫脂劑GQ-31，進行應用性能的研究。

2.2 乳化性能

將3%質量分數的脫脂劑GQ-31 水溶液和油加入具塞量筒中，上下搖動5 次，靜置1 min，然后搖動5 次，再次靜置1 min，重復此操作5 次，第五次搖動后，保持直立并記錄水量達到10 mL 的時間。實驗用油選擇大豆油和機械油，將進口脫脂劑與GQ-31 做平行對比，結果如圖1 所示。時間越長說明乳化性能越好，脫脂劑GQ-31 對大豆油和機械油乳化性良好，略優于進口脫脂劑。