冷軋電解脫脂機組工藝及其所受影響的因素

鄭 雪，鄭廣賢，蘇碧輝

（武鋼重工集團有限公司，湖北 武漢430083）

電解脫脂是鋼帶前處理中針對油脂清洗的一種方法，是清除冷軋時滲進鋼帶微觀縫隙中潤滑油的必要環節。脫脂質量的好壞直接影響后續退火和平整工序的進行，脫脂工藝的完善為提供優質光亮的成品板材有著非常重要的意義。

1 帶鋼脫脂工藝的產生和發展

電解脫脂機組是由連續鍍鋅脫脂段發展而來，用于對冷軋后的帶鋼表面進行清洗，去除帶鋼表面的殘油、殘鐵和其他污染物，使鋼卷進行罩式退火前的殘碳、殘鐵量得到有效控制，可抑制退火時帶鋼粘結和黑帶等缺陷的產生，從而達到中高檔板材板面清潔度的要求。

連續熱鍍鋅技術的發展階段分為：森吉米爾法階段、改良森吉米爾法（N.O.F法）階段和美鋼聯法（全輻射法）階段。早期的森吉米爾法階段，還沒有設脫脂段；改良森吉米爾法（N.O.F法）階段，增加了化學脫脂槽；美鋼聯法（全輻射法）階段，使得脫脂段得到發展和完善，單獨發展為一個工藝分支機組——脫脂機組，為罩式退火生產提供清潔基板。

2 主要工藝設備

我國目前的許多連退、涂層生產線都采用了電解清洗帶鋼的前處理工藝技術，并且該技術日趨先進。整個電解脫脂機組設備分三部分：入口段設備、工藝段設備、出口段設備。入口段設備包括：活動鞍座、地輥、入口鋼卷小車、開卷器、夾送矯直機、帶鋼過渡臺、液壓剪、1＃糾偏裝置、1＃張力輥等設備。工藝段設備包括：高壓水噴洗、堿噴淋、堿刷洗、電解脫脂、熱水漂洗、熱風干燥系統。相應配置了堿浸噴淋槽、堿刷洗槽、電解清洗槽、水刷洗槽、熱水漂洗槽等5個主要功能單元及其循環系統，同時還包括有堿液自動配比供應添加系統、高壓水系統、膜過濾系統等輔助功能單元。出口段設備包括：2＃糾偏裝置、2＃轉向輥、2＃張力輥、出口剪、出口鋼卷車、皮帶助卷器、出口步進梁等設備。

2.1 電解工藝流程

以某冷軋廠電解脫脂機組（圖1）為例，該生產線以清洗汽車板卷為主，達到減少鋼板表面殘油、殘鐵的目的，從而提升該廠冷軋汽車板品質。機組采用雙開卷、單卷取形式，開卷設CPC，卷取設EPC等檢測設備。機組入口設全自動窄搭接焊機，工藝段采用高壓水噴洗—堿水噴淋—堿水刷洗—電解脫脂—熱水刷洗—熱水漂洗—烘干等工藝流程。機組出口段設測張輥，便于卷取張力控制；還設有焊縫檢測裝置。全線取消活套裝置，采用最先進的電氣裝置調控張力和速度。工藝段采用物理清洗、化學清洗、電化學清洗相結合的清洗技術。全線的轉向輥、夾緊輥、洗刷輥、擠干輥等數量較多，為薄板的順利通過提供保障。

圖1 冷軋電解脫脂工藝布置圖

2.2 設備功能描述

天車將鋼卷吊運到入口鞍座上，上卷小車托住鋼卷，人工拆除捆帶，然后入口鋼卷小車將鋼卷運到開卷機卷筒上，旋轉液壓缸膨脹固定鋼卷，開卷機浮動，自動對中。開卷機將帶鋼頭部導入夾送矯直機，將超差帶鋼頭送至雙層剪切掉。帶鋼通過夾送輥送入焊機焊接，通過1＃張力輥進入脫脂工藝段。脫脂段首先進行化學脫脂（即高壓水噴洗、堿噴淋、堿刷洗），然后進行電解脫脂，以除去化學脫脂后殘留在帶鋼表面的油污，最后經過電解清洗的帶鋼進入熱水刷洗槽清除表面的殘余雜質，獲得要求的表面清潔度。熱風干燥后，帶鋼完成了整個脫脂過程。糾偏輥設在工藝段出口，用于出口段帶鋼的糾偏，2＃張力輥布置在工藝段出口側糾偏輥之后，用于提供工藝段正常運行所需的前張力，出口液壓剪用于分卷和帶鋼取樣，由人工操作控制，最后帶鋼通過出口轉向夾送輥進入卷取機，將成品帶鋼卷成鋼卷。

2.3 電解脫脂原理

在冷軋板退火或鍍層之前的原板上，通常有油脂、鐵粉、氧化鐵膜等殘留物質（圖2）。當帶鋼通過盛有堿性溶液的清洗槽時，在通以直流電的情況下，把帶鋼作為陽極或陰極，以此進行除油或稱電化學除油。通常采用金屬板作輔助電極，起導電作用。生產實踐證明，電化學除油的速度是化學除油速度的幾倍，而且油污清除更干凈。這是因為電化學除油時，不論帶鋼作為陰極還是陽極，其表面上都大量析出氣體，這實質是電解水的過程：

當帶鋼作為陰極時，其表面上進行的是還原過程并析出氫氣：

當帶鋼作為陽極時，其表面上進行的是氧化過程并析出氧氣：

電極表面上大量氣體的析出，對油膜會產生強大的乳化作用。

電解清洗機理：當帶鋼通過電解清洗槽時，由于油和堿液間的界面張力減少，油膜產生裂紋。與此同時，電極由于通電而極化，使得帶鋼與堿液間的界面張力大大降低，因此很快地加大了二者的接觸面積（堿液對帶鋼的濕潤性加大），從而排除附著在金屬表面上的油污，使油膜進一步破裂成小油珠。由于電流的作用，在電極表面上生成了小氣泡（氫氣和氧氣），這些氣泡變大，并帶著油珠離開帶鋼表面（圖2）。電解清洗過程是電極極化和氣體對油膜機械撕裂作用的綜合。

圖2 原板殘留物放大圖

2.4 高壓水沖洗工藝的應用

該系統利用高壓水泵，將水通過噴嘴使巨大壓力能轉變成動能，從而形成高速射流，噴射到帶鋼表面，直接對帶鋼表面殘留污物進行清洗。采用常溫高壓水泵，由七柱塞實現高壓水的排出，流量脈動小，壓力穩定，適合高壓水連續清洗帶鋼的要求，不會產生因為流量和壓力脈動大造成的帶鋼清洗不均勻，留下污漬痕跡。

高壓水清洗槽為不銹鋼焊接結構，入口設一對擠干輥，出口設兩對擠干輥，擠干輥下輥固定，上輥由一對氣缸驅動。槽蓋上設抽霧口與全線抽霧系統連接。槽體上設回流口，清洗水沿回流口和附屬管道回流到循環罐。帶鋼在槽內沿4個轉向輥纏繞運行。高壓噴射集管在帶鋼纏繞部分對帶鋼進行噴射，用高壓水清洗帶鋼表面，初步去除軋制之后帶鋼表面的殘油和殘鐵。

3 影響電解清洗效果的因素

影響帶鋼清洗質量的主要因素有清洗溫度、清洗液中堿的濃度、電解電流、脫脂液中含油量、清洗時間（機組生產速度）等。此外，選用脫脂劑的成分組成對清洗效果亦有很大影響［2］。

保證電解清洗快速、高效的另一個重要條件是電流密度。當帶鋼表面油污一定時，電流密度越大，除油速度越快。但是，電流密度不能無限制地提高，因為電流密度加大到一定程度后，除油速度的增加不再明顯，反而造成清洗槽電壓過高，使電能消耗過大。其選擇應能保證析出足夠量的氣泡，既能使油珠機械撕離，又能攪拌電解溶液。在實際生產中，能源消耗是一個更重要的經濟指標，因此設計時必須選擇合適的電流密度。使用高密度電流與普通型電流對比結果見表1。

表1 高密度電流與普通型電流清洗情況對比

［1］ 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（02）：39－42.

［2］ 王林峰.冷軋帶鋼電解清洗工藝探討［C］／／2006年全國冷軋板帶生產技術交流會論文集.113－116.