带钢电解除鳞工艺及其装置的制作方法

本发明涉及钢件表面处理技术领域。

背景技术：

钢板生产中的“除鳞”通常是指除去钢板表面的金属氧化物，以保证钢板的表面质量。

钢板氧化铁皮鳞片的产生：

在钢板生产过程中，共有三个工艺过程会产生氧化皮：

(1)板坯在热轧前，在加热炉内加热和保温（1200-1250℃），产生一次氧化皮。一次氧化皮由致密的表层和松散的内层构成。表层为Fe₂Ｏ₃、Fe₃Ｏ₄ 和FeＯ，而内层FeＯ占14%-16%，其余的是Fe₃Ｏ₄和气孔。

(2)热轧板坯从加热炉出来后，经高压水除去一次氧化皮后进行粗轧。在短时间的粗轧和精轧过程中产生了二次氧化皮，二次氧化皮为红色鳞层，由方铁矿（FeＯ）、赤铁矿（Fe₂Ｏ₃）等微粒组成，这种氧化层厚度较薄，钢板与鳞的界面应力小，所以剥离性差。在精轧开始时和精轧道次间隙用高压水除鳞装置去除，除鳞效果取决于高压水的压力、实际打击力及喷嘴布置等因素。

(3)精轧后的冷却过程中产生三次氧化皮，并且保留至室温状态。热轧板卷产品表面质量中的氧化皮基本上都是三次氧化皮。如果二次氧化铁皮在轧制过程中不能去除，会在轧制过程中形成氧化铁皮压入缺陷，这种氧化铁皮呈现黑褐色、小舟状，散沙状地分布在缺陷钢板表面。在连续冷却的条件下，由于受终轧温度、终冷温度、返红温度及冷却速度等因素的影响，最终会形成不同组成的氧化层；一般结构组成为：最内层的富氏体（Fe₃Ｏ₄和FeＯ固溶体）、中间层的Fe₃Ｏ₄和最外层的Fe₂Ｏ₃。热轧碳钢在连续冷却过程中，氧化皮不断发生改变，氧化皮的结构缺陷主要有：氧化皮鼓泡、滑移导致氧化皮局部破裂及Fe₃O₄和Fe颗粒的析出。

氧化铁皮（鳞片）的危害：

(1)在轧制时会将氧化铁皮压入带钢基体，影响冷轧板表面质量及加工性能。

(2)氧化铁皮破碎后进入冷却润滑的乳化液系统，损坏设备并缩短乳化液使用寿命。

(3)铁鳞和各种杂质容易附着在浸入辊表面,在后续的轧制过程中会损坏轧辊，影响带钢质量。

热轧钢板作为冷轧带钢的原料，在冷轧前需要进行除鳞工序。除鳞技术对钢板质量起着举足轻重的作用。为了消除氧化铁皮，通常有以下几种方法：

（1）酸洗法

即采用盐酸酸洗处理表面的氧化铁皮，从化学酸洗的原理可知，因化学反应从外向里进行，钢表面的氧化物层薄厚不一， 厚点处可能反应不完全,需加长酸洗时间；薄点处的钢板基体长时间与酸接触易被腐蚀， 即造成过酸腐蚀基体或欠酸洗不透，所以酸洗后的钢板易出现“麻点”（在显微镜下可观察到）。因酸液的腐蚀性，备件易损，增大维修、检修费用。尤其是槽盖，其结构为钢壳加内衬，内衬长期受酸雾腐蚀后脱落黑渣,掉在钢板上,影响表面质量，并加大维修费用。另外，在酸洗处理中，酸液需要加热到60^Ｏ左右，酸液在加热后产生酸雾，酸雾在处理过程中会散发到空气中产生空气污染。危害操作工人和周围居民健康；废酸、废水若排放入下水道,腐蚀厂房基础,影响环境卫生,污染水源。酸液在加热使用一段时间会产生低度酸废酸，目前废酸很难处理。就是有废酸再生设备，处理费用也比较昂贵，上一套酸再生设备投入要六百万到一千万之间，并且三废问题也达不到环保标准，还是给环境造成严重污染。

目前我国大多采用传统的化学法即酸洗除鳞法，随着市场对冷轧带钢表面质量要求的越来越高，传统的化学法已满足不了特殊用户的要求，而且在酸洗生产过程中存在着除鳞效率低、成本高、污染严重等缺点。多年来一直采用酸洗法去除原材料表面氧化皮,每年要消耗上千吨废酸。在酸洗过程中大量酸雾外逸,危害操作工人和周围居民健康,废酸、废水排放入下水道,腐蚀厂房基础,影响环境卫生,污染水源。鉴于这种除鳞方法效率低、成本高、污染严重等缺点。现已被国家明令禁止使用。

(2)、喷砂法

喷砂又叫喷丸，该技术始于19世纪70年代的美国。是利用空气压缩机输出的高压气体，通过喷嘴使磨料(砂或丸)以很高的速度射向带钢表面，利用磨料的冲击和摩擦作用，达到清除鳞皮和其他污物的目的。该法作业时，粉尘四处飞扬，污染严重；不仅影响现场作业工人的身体健康，同时磨料消耗大，废料多，难以处理。另外，喷砂除鳞的效果不是很理想。大量的实践证明，喷砂处理后的钢板表面看似不错，但是在冷轧的时候0.5mm以下的带钢容易断带或者出现表面质量问题。因为喷砂处理后的钢板表面上还残留着碳粉。所以在冷轧0.5mm以下薄带时，出现加大轧制力，损伤轧辊，冷轧出来的带钢版型不好，热镀上锌量高，并涂层在后期使用中容易脱落。因此在对冷轧薄板和涂层板有要求的不能采用这种方法。

(3)抛丸法

抛丸技术比喷丸技术晚了几十年，是利用高速旋转的叶轮使磨料颗粒获得很大的离心力，磨料从抛头以相当高的速度抛向带钢表面，以清除鳞皮和其他污物。抛丸法除鳞尽管减少了粉尘污染，降低了噪声，但抛丸法损耗性很高，叶轮和内衬钢板等较易磨损，对其材质要求高;此外，粉尘、磨料回收分离系统复杂、污染严重。因此这种方法也得不到推广。

综上所述，这几种除鳞方法均得不到推广或者已面临淘汰，这就要求迫切需要一种节能环保的除鳞方法。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种钢板电解除鳞工艺，电解时间较酸洗时间短,相应提高了产量，无腐蚀，消除或减弱了环境污染，使用安全，成本低。

本发明的技术方案是：一种带钢电解除鳞工艺，其特征在于包括以下电解步骤：

（1）电解：电解槽中盛有中性电解液Na₂SＯ₄溶液，电解液调整在pH为 4〜7.0范围，电解槽中布置有若干对电极，每对电极极性相同,每对分上下排列，若干对电极分为阴极对电极和阳极对电极，带钢从每对电极间穿越，出带端最末一对电极为阴极，带钢为相对阳极，进行电解除鳞。带钢本身不带电，当对电极极性为阳极时，带钢为相对阴极，当对电极极性为阴极时，带钢为相对阳极。

进一步的，所述的一种带钢电解除鳞工艺，其特征在于还包括步骤（2）清洗。

进一步的，所述的一种带钢电解除鳞工艺，其特征在于还包括步骤（3）烘干。

优选的，所述电极板材为硅铸铁。

优选的，所述的若干对电极为阴阳极交错排列。

优选的，所述若干对电极排列方式每4对为一组，在槽的初端和末端的一组为3-5对，每对上下电极极性相同,组与组间为阴、阳极交错排列。带钢本身不带电，当对电极极性为阳极时，带钢为相对阴极，当对电极极性为阴极时，带钢为相对阳极。

优选的，所述若干对电极为30-40对,每对电极间距为1.5-2m,上下极间距280-320mm,电极厚40mm，上下电极长度与带钢宽度适配，供电源为4500A/24V-30V直流电。

优选的，所述电解液采用15%〜25% Na₂SO₄溶液, 温度80〜90℃, 溶液中金属离子含量小于25 g /L即其中六价铬离子含量小于5 g /L ；阴极电流密度10〜19A/dm², 阴极处理时间9〜14s。

一种带钢电解除鳞工艺所用的带钢电解除鳞装置，其特征在于包括带钢钢卷开卷机—引料机—矫平机—电解槽，电解槽中电极间设有带钢导向及支撑辊。

进一步的，所述槽体上有槽盖并设有吸气管排气雾净化系统；电解槽外形结构为船形槽体,槽底部从前后向中部倾斜。

进一步的，所述的一种带钢电解除鳞装置，其特征在于电解槽后还包括清洗装置和烘干装置，所述清洗装置包括刷洗机和高压喷水机，所述刷洗机包括刷辊及衬胶背压辊呈上下式布置，上方布置有喷水管，下方有水贮存回收系统；所述高压喷水机包括喷枪、水箱、水循环系统及水加热装置，淸洗水温度85℃，水循环系统包括水循环泵，流 量 15m³/h,压力 0.5MPa；所述烘干装置为热风烘干机。

本发明的积极效果是，电解时间较酸洗时间短,相应提高了产量，无腐蚀，消除或减弱了环境污染，使用安全，成本低。

所有的带钢除鳞全部用中性盐电解进行，中性电解盐除鳞弥补了传统酸洗不足之处，突出表现在以下几个方面。

(1)由电解原理可知，带钢表面的氧化层溶解时，其里外是均匀进行的，不会出现“过酸”或欠酸”造成的钢板质量问题，即不会出现“麻点”。同时，电解时间较酸洗时间短,相应提高了产量。

(2)中性电解液选用Na₂S0₄溶液，它价廉易得，使用起来安全保险。电解液在pH为 4.5〜7.0范围内使用，pH值过高或过低，可以通过加入Na₂S0₄或NaOH调整到使用范围。

(3)由于电解液呈中性，所以没腐蚀问题，因此维护费用低。由于中性电解只有在电流通过时才发生,所以在电流切断后，带钢表 面氧化层及其基面均不会受到侵蚀，在中断运行情况下，带钢可以毫不受损地停留在槽中。

(4)Na₂SＯ₄的使用大大降低了 HNＯ₃的使用量，由于Na₂SＯ₄的价格低于HNＯ₃,加之Na₂SＯ₄不参与电极反应，除了外拖损失少量外不消耗，因此除鳞成本大大降低。

(5)中性盐电解过程中，没有酸雾、废酸及低酸水的排放，从根本上消除或减弱了环境污染。

以下结合一个实施例作详述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为一个实施例的电解槽结构示意图。

图2为图1中一对电极的结构示意图。

图中，1、带钢；2转向辊；3、沉没辊；4、导向托辊； 5、上下电极；6、循环泵；7电解液；8、槽体；9、排液口；10、净化排雾系统。

具体实施方式

实施例1：该带钢电解除鳞工艺包括以下步骤：

电解：电解槽中盛有中性电解液Na₂S0₄溶液，电解液调整在pH为 4〜7.0范围，电解槽中布置有若干对电极，每对电极极性相同,每对分上下排列，带钢从每对电极间穿越，所述的若干对电极为阴、阳极交错排列。带钢本身不带电，当对电极极性为阳极时，带钢为相对阴极，当对电极极性为阴极时，带钢为相对阳极。出带端最末一对电极为阴极，带钢为相对阳极，进行电解除鳞；所述电极板材为硅铸铁。所述若干对电极排列方式每4对为一组，在槽的初端和末端的一组为3-5对，每对上下电极极性相同,组与组间为阴、阳极交错排列。所述若干对电极为38对,每对电极间距为1.5-2m,上下极间距280-320mm,电极厚40mm，上下电极长度与带钢宽度适配，供电源为4500A/24V-30V直流电。所述电解液采用15%〜25% Na₂SO₄溶液, 温度80〜90℃, 溶液中金属离子含量小于25 g /L即其中六价铬离子含量小于5 g /L ；阴极电流密度10〜19A/dm², 阴极处理时间9〜14s。

阴阳极性采用交替排列，其目的是把阴性“疏松”作用与阳极溶解作用结合起来。出带端的电极为阴极，此时带钢作为相对阳极，只有这样带钢才能被“抛光”。

实施例2：若干对电极排列方式为每4对为一组，每组极性相同,组与组间为阴、阳极交错排列。其余同实施例1。

实施例3：该带钢电解除鳞工艺，步骤（1）同实施例1，包括步骤（2）清洗和步骤（3）烘干。

实施例4：带钢电解除鳞装置，包括带钢钢卷开卷机—引料机—矫平机—电解槽，电解槽中电极间设有带钢导向及支撑辊，还包括涨力辊--清洗装置—烘干段—卷取机—钢卷。所述槽体上有槽盖并设有吸气管排气雾净化系统；电解槽外形结构为船形槽体,槽底部从前后向中部倾斜。电解槽后还包括清洗装置和烘干装置；所述清洗装置包括刷洗机和高压喷水机，所述刷洗机包括刷辊及衬胶背压辊呈上下式布置，上方布置有喷水管，下方有水贮存回收系统；所述高压喷水机包括喷枪、水箱、水循环系统及水加热装置，淸洗水温度85℃，水循环系统包括水循环泵，流 量 15m³/h,压力 0.5MPa；所述烘干装置为热风烘干机。