鍍鉻板生產線鍍液凈化技術

朱國和

（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上海 200431）

鍍鉻板生產線鍍液凈化技術

朱國和

（寶山鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠，上海 200431）

測試了寶鋼電鍍鉻機組鍍液中雜質顆粒的粒度分布，觀察了鍍液中雜質顆粒濃度的變化情況，提出了一種去除鍍液中固體雜質的方法，并設計了一套凈化過濾系統。經實際使用，過濾后的鍍液能滿足高品質鍍鉻板生產的要求。

鍍鉻板；鍍液；雜質；凈化

1 前言

鍍鉻鋼板(TFS)的生產成本比鍍錫板低，具有鍍層附著力強、印刷性好、無毒、耐硫化性好等特點，其加工成型性及機械強度也與鍍錫板大致相同。采用鍍鉻鋼板代替鍍錫板是未來包裝行業的發展方向，因此近年來鍍鉻鋼板產量在國外的應用逐年增加[1-2]。為適應鍍鉻板的市場需求，寶鋼冷軋薄板廠電鍍鉻機組于2007年興建了第一條鍍鉻機組，該機組是目前國內速度最快、規格最薄、工藝最先進的鍍鉻板專用生產線，具有20萬噸/年的生產能力。該機組選用“兩步法”工藝和含氟化物型鍍液，冷軋薄帶鋼首先在高濃度CrO3一步液中鍍金屬鉻，再在低濃度CrO3二步液中鍍氧化鉻，這樣可獲得厚度理想且均勻的鉻層和氧化膜[3]，其大致工藝流程如圖1所示。

圖1 鍍鉻鋼板生產中電鍍段工藝流程Figure 1 Process flow of electroplating section in TFS production

鍍鉻機組自2007年11月進入試運行以來，所生產的鍍鉻板存在大量壓痕、凹坑、表面色差、表面光澤度不良、燒點和表面污跡等表面缺陷，這些表面缺陷大多與鍍液的清潔程度有關。為降低寶鋼電鍍鉻機組的廢次品率，筆者已對鍍液中的雜質類型進行了測試，并分析了鍍液中雜質的可能來源[4]。本文將在此基礎上，對鍍液中雜質的濃度和粒度進行跟蹤分析，通過試驗研究提出去除鍍液中雜質的方法，并提出工程應用的工藝路線及系統裝備，實現對TFS機組鍍液的離線凈化。

2 鍍液中雜質的濃度和粒度分析

鍍液中雜質的質量濃度對鍍層質量的影響重大，而鍍液中雜質的粒度則決定其去除方法。為此，在確定去除方法之前，對鍍液中雜質的濃度和粒度進行分析。

2. 1 鍍液中雜質的粒度分析

由于鍍液中的大顆粒很容易采用過濾的方法去除，因此著重分析經初步沉淀后依然殘留在溶液中的固體顆粒。采用BECKMAN的粒度分析儀，從現場取得的鍍液經一天時間沉淀后進行測定，所得結果如圖2所示。由圖2可知，鍍液中顆粒的粒度大多在1 ～ 40 μm之間。

圖2 鍍液中雜質的粒度分布Figure 2 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution

2. 2 鍍液中雜質的質量濃度分析

采用過濾的方法，考察了 2個定修周期內鍍液中雜質的質量濃度變化。從各槽中區取1 000 mL鍍液，采用濾紙過濾；所得到的過濾產物經去離子水清洗干凈后放入干燥箱內，在110 °C下加熱干燥2 h；待濾紙烘干后，用AB135-S型電子天平分別進行精確稱重，得到1 000 mL鍍液內固體顆粒的質量(含濾紙)。另取5張相同規格且干燥了的濾紙，稱重后取平均值。含固體顆粒的濾紙的質量與濾紙平均質量相減，即得固體顆粒的凈重，測試結果如表1所示。

表1 鍍槽中雜質顆粒的質量濃度變化Table 1 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution

從表1可以看出，鍍液中雜質的質量濃度隨著施鍍過程的進行而逐漸增加，其中鉻鍍液中的雜質濃度明顯高于氧化鉻鍍槽中的濃度，如此高濃度的雜質必將對鍍層的質量產生重大的影響。

3 固體雜質的去除方法

從對鍍液中固體雜質的分析可知，鍍液中固體雜質的粒度主要集中在1 μm以上。經分析，固體雜質中既含有有機物，又含有無機物。因此，采用過濾的辦法較為合適[5]。過濾器的主要部件為過濾網，由于鍍液中固體雜質的粒度小，鍍液又具有強烈的腐蝕性，過濾時需要采用加壓過濾的方式，因此濾網需選用強度高、耐氧化腐蝕的過濾材料。不銹鋼燒結過濾網是一種可供選擇的濾網。本試驗采用的是五層燒結過濾網，濾網材料選316L不銹鋼[6]。

過濾裝置如圖 3所示，過濾試驗主要考察所選用濾網的過濾速度和過濾效果，試驗的方法是自現場鍍液槽中分別取1 000 mL鍍液，在該試驗裝置上進行試驗，考察過濾量隨時間的變化，以及壓力與過濾速率的關系。試驗結果如圖4所示。

圖3 帶真空系統的鍍液過濾試驗裝置Figure 3 Test equipment with vacuum system for filtration of electroplating solution

圖4 鍍液過濾試驗結果Figure 4 Test result of filtration of electroplating solution

從圖4可以看出，常壓下過濾速率隨時間的延長而逐漸減慢。采用一定的真空度可提高過濾速率，200 mm水柱的真空度可使過濾速率提高近一倍。

4 鍍液過濾裝置及其實際效果

根據過濾試驗的結果，設計制作了如圖5所示的鍍液過濾系統。

圖5 鍍液過濾系統的工藝流程Figure 5 Process flow of the system for filtration of electroplating solution

該系統使用自動反清洗管式微孔過濾機，是一個完全自動的連續系統，主要包括微濾主機(1臺)，循環泵(2臺)，壓濾裝置(1臺)，反洗氣柵，反洗水柵，循環泵現場操作盒，PLC控制柜，管道閥門等。

鍍鉻機組離線鍍液凈化系統于 2009年底建造完畢，隨即投入使用，及后研究人員跟蹤過濾裝置的實際運行效果，其中鍍液中固體顆粒質量濃度的變化如圖 6所示。從測試的結果來看，固體雜質的質量濃度小于20 mg/L，這與過濾器投入使用前的200 mg/L以上的質量濃度相比下降了 90%以上。而鍍液中雜質的粒度如圖7所示。從分析的結果看，鍍液中雜質的粒度大多在1 μm以下，其中90%以上的固體顆粒的粒度小于0.747 μm。由此說明，電鍍鉻機組采用過濾器后，鍍液得到了極大的凈化，達到了預期的過濾效果，鍍鉻的表面質量也得到了極大的提高，與鍍液不潔程度有關的鍍鉻板廢次品率由過濾系統投用前的 8%下降到0.4%。

圖6 采用過濾裝置后鍍液中固體雜質質量濃度的變化Figure 6 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution after the installation of filtration device

圖7 過濾后鍍液中雜質的粒度分布Figure 7 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution after filtration

5 結論

在研究鍍液中固體物質的組成、含量及特征的基礎上，提出了采用增加離線鍍液凈化系統對鍍液進行凈化的方法，通過試驗研究確定了鍍液離線凈化工藝。該鍍液凈化系統在實際應用中，大大降低了鍍層表面質量缺陷發生率，提高了鍍鉻板表面質量，增強了鍍鉻產品的市場競爭能力。

[1] 張宏. 鍍鉻簿鋼板(TFS)新產品的開發和應用[J]. 南方金屬, 2002 (4): 13-16.

[2] 朱曉剛, 趙新明. 鍍鉻層的性能及影響因素[J]. 電刷鍍技術, 2001 (2): 18-19, 17.

[3] 劉天成, 盧燕平. 國產無錫鍍鉻薄鋼板鍍層的XPS研究[J]. 表面技術, 2003, 32 (5): 20-22.

[4] 朱國和. 鍍鉻機組鍍液污染原因分析[J]. 電鍍與環保, 2010, 30 (1): 15-16.

[5] 丁啟圣, 王維一. 新型實用過濾技術[M]. 2版. 北京: 化學工業出版社, 2005.

[6] 左景伊, 左禹. 腐蝕數據與選材手冊[M]. 北京: 化學工業出版社, 1995.

Purification technique for electroplating solution in tin-free steel production line //

ZHU Guo-he

The particle size distribution of solid impurities in electroplating solution of Baosteel’s tin-free steel (TFS) production line was tested. The concentration variation of impurity particles was observed. A method for removing solid impurities from electroplating solution was developed and a filtration system for purification was designed. The practical running results showed that the filtered electroplating solution meets the requirements of production of high-quality TFS sheets.

tin-free steel; electroplating solution; impurity, purification

TQ153.11

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0016 – 03

Author’s address:Steel Sheet Cold Rolling Plant of Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200431, China

2010–07–22

2010–08–02

朱國和（1984–），男，河南南陽人，本科，助理工程師，主要從事電鍍錫和電鍍鉻機組電鍍工藝研究。

作者聯系方式：(E-mail) zhuguohe@gmail.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]