新型高電流密度不換極性電解清洗槽

王 浩

(北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

1 前言

電解清洗槽用于清除冷軋帶鋼表面上附著的油垢、鐵粉等污物，是帶鋼涂鍍生產線、帶鋼連續退火生產線和帶鋼脫脂生產線中的主要設備。

傳統的電解清洗槽主要有水平沉浸式與垂直沉浸式，其電流密度一般不大于20A/dm2，極板與帶鋼的間距比較大，設備長度大，電耗也高［1］。為了適應電解清洗技術發展的需要，20 世紀又陸續開發出輥子環繞式、垂直沉浸改進式、噴咀極板兼容式和—端水平噴流式等。輥子環繞式在技術上比較先進和成熟，但設備體積比較龐大，適用于大型高速帶鋼脫脂生產線。垂直沉浸改進式是日本新日鐵公司開發的。這種機型存在的缺點是:①工作電壓過高，其整流器的額定電壓為60V，而一般電解清洗整流器只有30V;②極板鈍化快，處理極板鈍化的工作量比較大。日本的噴咀極板兼容式K－CCS，雖然電流密度達到了100A/dm2，但由于帶鋼通過噴咀區域的時間很短，電荷密度只有正常要求的幾十分之一，故其清洗能力和適用范圍尚有待于進一步探討。而日本新日鐵公司開發的一端水平噴流式HPJetCell 清洗槽，由于極板鈍化嚴重以及帶鋼運行穩定性差，尚無法投入正常生產。

綜上可見，在當今的電解清洗設備中，技術先進而成熟的機型還比較少。為了提供—種技術先進的新機型，于是研發出了一種新型高電流密度不換極性電解清洗槽。

2 新型電解清洗槽的原理

現有用于帶鋼涂鍍生產線的水平式電解清洗槽，大多數都釆用中間導體法，所用的電解清洗槽其極板均采用普通鋼板或不銹鋼板制造。當這種極板處于陽極狀態時，會產生鈍化層並導致電壓升高，因而每隔一定時間(通常是每卷帶鋼)，極板必須互換一次極性，以延緩鈍化的速度，使清洗槽能夠在額定電壓內工作［2］。盡管這種槽的極板能定時互換極性，但極板依然存在鈍化現象，而隨著極板鈍化層的逐漸增厚，工作電壓會逐漸升高。當電壓接近額定電壓時，為了減少停產時間，并保持清洗槽能夠繼續運行，就要降低工作電流，也就是降低庫侖密度。當其電荷密度低于11C/dm2時，帶鋼的清潔度就達不到要求，就要停產對極板進行處理［3］。

另外當清洗槽出口側的極板由陰極變為陽極時，則通過此區域的帶鋼為陰極，此時清洗溶液中的油污與鐵粉就會吸咐在帶鋼表面上，從而降低了帶鋼的清洗質量。因此在生產中就會出現一卷帶鋼清洗的干凈，一卷帶鋼清洗的不干凈，這就是極板換極性所帶來的問題。并且傳統的電解清洗槽的電流密度一般不大于20A/dm2，清洗能力比較差。而高電流密度電解清洗槽的電流密度可以達到100A/dm2以上，并且不用更換極性，保持帶鋼清洗的均勻性［4］。

新型電解清洗槽之所以不換極性是因為采用了一種特殊材料制造的新型陽極板，該種材料不僅能夠有很好的導電性，而且能夠使極板在陽極狀態下不產生鈍化現象，不會因極板鈍化造成電壓升高，能夠持續穩定的保證設備的運行。由于極板不鈍化，電壓穩定，電解清洗槽運行過程中能夠有效的節省電耗。而且該槽不換極性，電流密度高，能夠有效的保證產品的質量，是一款節能高效的設備。

3 新型電解清洗槽的結構

高電流密度不換極性電解清洗槽的結構詳見圖1。清洗槽帶鋼入口側的極板固定為陽極，出口側的極板固定為陰極，運行時不改變極板的極性。此槽由上框架、下框架、下陽極、上陽極、擋液板、擠干輥、支承輥、邊緣罩及其控制系統等組成，詳見圖1。上下陽極間距為12mm。在電解槽中部I 和O 電解區之間，配置了雙腔式下靜壓腔和上靜壓腔。堿液通過節流元件輸入上、下靜壓腔，然后通過帶鋼與上、下靜壓腔腔口之間的間隙hj水平噴入I 和O電解區，最后通過擋液板流出［5］。

圖1 高電流密度不換極性電解清洗槽

此槽的主要技術參數:

帶鋼寬度:900mm ～1300mm

帶鋼厚度:0.3mm ～2.0mm

帶鋼速度:100m/min

整流器:2 ×5000A，25V

帶鋼與極板間距:12mm

4 新型電解清洗槽的特點

1)排氣能力強。由圖1 可以看出，清洗液從中部輸入上、下靜壓腔，然后以較高的速度通過腔口與帶鋼的間隙hj分別噴至入口清洗區I 和出口清洗區O，電解時產生的氣體隨清洗液從槽的兩端排出，排放路程顯著縮短。因此，其排氣能力遠優于—端水平噴流式清洗槽與傳統的沉浸式清洗槽。

2)可以控制槽內帶鋼在較小的運行空間內運行并保持工作穩定性。此槽利用清洗液噴射時在上、下靜壓腔所建立的液體壓力，形成較強的液體靜壓夾持帶鋼能力和液體靜壓抗帶鋼扭曲能力，可以消除帶鋼下垂度，顯著減少帶鋼扭曲度并消除部分板形偏差，從而可以控制槽內帶鋼在較小的運行空間內運行并保持工作穩定性。

3)消除了極板的鈍化，實現了極板不換極性的中間導體法，消除了因切換極性而造成的帶鋼表面清洗質量降低和因極板鈍化而造成的停機處理問題，從而顯著提高了清洗質量和清洗效率。

4)不換極性電解清洗槽的最大工作電流密度達到了100A/dm2，實現了先進的HCD 型電解清洗工藝［4］，因而具有高效、淸洗質量好、結構緊湊、電耗低等特點。從而為帶鋼涂鍍生產線產品質量的提高，創造了良好的條件。

5)該槽長度為2360mm，長度遠遠低于一般的電解清洗槽，維修方便，占地面積小。

5 國內外同類設備對比

高電流密度不換極性電解清洗槽主要用于涂鍍生產線和連續退火生產線的前處理段以及中小型脫脂生產線。由于—端水平噴流式HPJetCell 未能正常用于生產，噴咀極板兼容式K－CCS 的清洗能力和適用范圍尚有待于進一步探討，因而可以和高電流密度不換極性電解清洗槽進行對比的機型主要有水平沉浸式、垂直沉浸式、垂直沉浸改進式等3 種。其對比結果見表1。

表1 國內與國外同類設備性能對比

在上述8 個對比項目中，現有高電流密度不換極性電解清洗槽都強于現有的電解清洗槽，而且由于高電流密度不換極性電解清洗槽已消除了極板鈍化，其電流密度還可以大幅度提高。

從2009 年起，高電流密度不換極性電解清洗槽已成功應用于邯鋼年產量為15 萬t 的電鍍鋅生產線。此槽工作穩定可靠，清洗質量好，從而保證了優質電鍍鋅板的質量。

6 結論

高電流密度不換極性電解清洗槽具有高效、清洗質量好、工作穩定可靠、電耗低與結構簡單緊湊等特點，適用于涂鍍生產線和連續退火生產線的前處理段以及中小型脫脂生產線。和傳統的沉浸式電解清洗槽相比較，采用高電流密度不換極性電解清洗槽可以提高產品質量，減少停產損失，降低電耗與維修費用，經濟效益顯著。

目前我國許多鋼鐵企業面臨設備老化、能耗大、產品質量低的現狀，電解清洗帶鋼裝置大都是六七十年代的技術，亟待更新改造。采用高電流密度不換極性電解清洗工藝設備，可以收到節省有效空間、節能和提高產品質量的效果。

［1］戴學斌. 冷軋帶鋼的現代電解清洗工藝［J］. 上海金屬，2007，Vol.29(2):48－53.

［2］王浩. 邯鋼連續電鍍鋅機組工藝段設備及技術特點［J］.冶金設備，2014 年特刊(1).

［3］劉文棟，王海峰.帶鋼連續熱鍍鋅機組電解清洗技術的探討［J］.冶金設備，2004(6):50－52.

［4］劉津偉，趙林，范世儒.冷軋帶鋼電解清洗技術及其應用［J］.鞍鋼技術，2010(4):21－24.

［5］Weng Qi.Hydrostatic Horizontal Cell［J］.Advanced Materials Research，2012，572:382 ～389.