二次冷軋原板電鍍錫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，上海 200237；3.東北大學，遼寧 沈陽 200431）

二次冷軋原板電鍍錫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，上海 200237；3.東北大學，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，是一種生產工藝比較復雜、技術水平要求很高、制造難度很大而質量要求很高的產品[1]。它集鋼的強度和成型性及錫的耐蝕性、焊接性和外觀于一體，廣泛應用于食品工業及各種制作容器、沖壓制品、包裝材料的非食品工業。目前，世界鍍錫板年產量已超過2 250萬t，我國年生產能力也超過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展。在鍍錫原板減薄的同時，提高鋼板強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，甚至達到0.10 ～ 0.17 mm。但是，二次冷軋原板表面殘油量多，引起鍍錫工藝中堿洗工作槽中泡沫增多，嚴重影響了去油效果，從而導致鍍錫走板速度減慢，生產效率低。另外，堿液中出現易吸附于帶鋼表面的碎沫狀松散型膠體顆粒，嚴重影響鍍錫板產品質量。因此，針對二次冷軋原板(簡稱 DR材原板)表面清洗的研究，對提高生產效率和產品質量，有著重要的實際意義。

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，優化了工藝條件，以期提高鍍錫板的成品質量和生產效率。

2 實驗

2. 1 藥品、試片及儀器

二次冷軋原板的尺寸為100 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

實驗儀器有上海方瑞 JA5003型電子天平和南京固琦GQ-300型金相顯微鏡。

2. 2 實驗方法

以單因素實驗為基礎，確定各參數的實驗范圍后，通過正交試驗優化工藝參數，以清洗效果為衡量指標。在實驗過程中，每個實驗都取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)，將專用取樣環扣在測量面上；然后在取樣環中倒入一定量(30 ～ 40 mL)的四氯化碳，使鋼板上的油溶解；接著用醫用玻璃針筒吸取四氯化碳及被溶解的油，轉移到100 mL容量瓶中。重復以上步驟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范圍內的所有振動峰的全面積作為分析結果。根據峰面積求得油液質量，再除以試樣鋼板面積，即得鋼板單位面積內的含油量。

3 結果與討論

3. 1 工藝條件的單因素實驗

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，當質量分數超過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來實現，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；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。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反應速度越快[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效率。

3. 2 工藝條件的優化

根據單因素實驗，選擇清洗劑 9進行正交試驗，考察清洗劑的質量分數、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)進行試驗：因素A為清洗劑的質量分數，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，得優化的工藝條件如下：清洗劑 9的質量分數為3%，溫度65 °C，清洗時間2 s。對上述工藝條件進行了驗證，清洗效果達到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在上述最優工藝條件下對鍍錫原板進行處理后，所獲得的表面狀態如圖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對二次冷軋原板的表面清洗效果良好。

4 結論

確定了對二次冷軋鍍錫原板有優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)，其最優工藝條件為：質量分數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良好，清洗效果達99%以上。

[1] 安茂忠. 電鍍理論與技術[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社, 2004.

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

[3] 陳潔. 油脂化學[M]. 北京: 化學工業出版社, 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，江西萍鄉人，碩士，工程師，從事金屬包裝材電鍍工藝研究。

作者聯系方式：(E-mail) zgr393@163.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]