大電流母排的管理與維護

劉 進

（武漢鋼鐵有限公司冷軋廠，湖北武漢 430082）

1 清洗段大電流母排的作用及原理

在鋼企冷軋工藝中，為保證鋼板后工序的產品質量，必須對帶鋼表面進行清洗。在微觀下帶鋼表面會有細小凹點，這些凹點中污漬依靠刷輥和堿液無法清除干凈。為解決這個問題，對帶鋼表面清潔度要求較高的涂鍍生產線和連退生產線，都會采用電解清洗的方式。

冷軋產線完整的清洗區域通常包括堿洗段、刷洗段、電解清洗段、漂洗段和烘干段等。其中最關鍵的是電解清洗段，電解清洗基本決定了整條生產線的帶鋼清洗質量。電解清洗的原理是將帶鋼浸泡在充滿熱堿溶液的電解槽中。電解槽采用碳鋼或不銹鋼材料，內部有襯膠層。電解槽中放置電解極板，系統通過整流裝置給電極板輸出大電流，使電極板帶有極性。大電流通過電解液使帶鋼形成另一極。水的電極反應在帶鋼表面生成許多小氣泡，氣泡變大將帶鋼表面的油脂和鐵粉雜質剝離帶出，達到清洗帶鋼的目的。

電解清洗整流裝置采用大電流小電壓模式。首先利用變壓器將三相交流電壓降低為所需低電壓，然后用雙向可控硅進行整流，輸出直流大電流。大電流母排電壓一般約為DC 37 V，電流則可以達到上萬安培。大電流母排是整流裝置和電極板的電氣連接載體，大電流母排的日常維護和檢修十分重要。

2 清洗段大電流母排管理的重要性

大電流母排的管理通常是指大電流母排本體及相關電極板部分的運行與維護。雖然大電流母排通常不易出現設備問題和事故，但不能忽視。業內人員將大電流母排設備維護的特點稱為“一般不出事，一出就是大事”。一旦出現問題通常會引發火險、火災、爆鳴和爆炸等大事故。

從電解清洗原理可知，電解主要是分解電解液中的水。無論帶鋼是作為陰極或陽極，都會電解出大量氣體，即2H2O=2H2↑+O2↑。當帶鋼作為陰極，電極板作為陽極時，會析出氫氣，水電離出的OH-參與的電極反應式：4H2O+4e-=2H2↑+4OH-；當帶鋼作為陽極，電極板作為陰極時，會析出氧氣，水電離出的H+參與的電極反應式：2H2O-4e-=O2↑+4H+。

綜上可知，電解槽在持續生產過程中會產生大量氫氣和氧氣，氫氣析出量大于氧氣析出量。氫氣的爆炸極限是4.0%～75.6%（體積百分濃度），即如果氫氣在空氣中的體積百分濃度在4.0%～75.6%時，會形成一種易爆性混合物，遇到火源就會爆炸。即使不發生爆炸，在大量氧氣助燃下，也會引起火災，造成巨大損失。

大電流母排產生的熱能，可以根據焦耳定律計算，Q=I2Rt，其中，Q 為產生的熱量，J；I 為電流，A；R 為電阻，Ω；t 為時間，s。通常大電流母排正常工作時電流約為5000 A，而且是持續供電。實際應用過程中，I 和t 取決于生產工藝，清洗段大電流母排的發熱量主要取決于母排電阻。無疑，大電流母排各部位連接處電阻最高。以母排連接處電阻1 Ω 計算，大電流母排僅以5000 A 的電流工作60 s，連接處就會產生1.5×108J 的熱量。如果母排連接處不緊密，R 可能增大至幾百甚至上千歐姆，相應熱量也會增大幾百至上千倍。如此大的熱量若不能及時散發，會引起母排連接處超溫發紅，點燃周邊可燃物，引起火災。如果此時附近氫氣含量達到爆炸極限，則會引起爆鳴。

我國各大鋼廠已不止一次出現大電流母排超溫、打火導致電解槽氫氣爆鳴的重大事故。嚴重時產生爆炸，巨大的破壞力可以將電解槽蓋掀翻。

3 清洗段大電流母排的運行管理及維護

3.1 大電流母排的運行管理

為了生產安全，現在的產線設計都會在電解槽頂部增加一臺稀釋風機，抽出電解槽析出的氫氣，降低空氣中的氫氣濃度。電解槽抽出的氣體由一臺大功率排放風機通過專用排放管道排放到大氣中。在日常點檢過程中，一定要關注稀釋風機是否正常運轉，風輪有無脫落或破裂。廢氣排放風機運行是否正常，風機流量是否正常。在PLC 控制程序中，稀釋風機和排放風機與電解整流柜有連鎖。如果稀釋風機或排放風機停止運行，系統將會自動切斷大電流母排的電流輸出，確保氫氣濃度不會超出標準。設備管理部門要明確規章制度，禁止出現非法短接連鎖信號的情況。

另一種安全隱患是電解槽無電解液。電解槽內的襯膠一般是橡膠成分，一旦電解槽沒有電解液，而大電流母排持續輸出電流，會導致溫度迅速上升，點燃電解槽內的襯膠，引發火災。在自動控制中，系統檢測到電解槽內沒有電解液是不允許輸出電流的。但要防止操作工不了解情況，擅自將電解整流柜的控制改為手動或者模擬電解槽液位信號，強行輸出大電流導致故障。

在帶鋼電解清洗中最常用的是中間導電體法，即帶鋼不直接和電源連接。如果電解槽中帶鋼無張力，帶鋼垂落直接觸碰到電極板，則會出現大電流燒蝕或熔斷帶鋼。在控制系統中，必須嚴禁清洗段帶鋼張力未建立時，大電流母排輸出電流。有的機組還將機組速度加入連鎖，在清洗段帶鋼速度為零時，大電流母排禁止輸出，進一步確保生產安全。

3.2 大電流母排的點檢

從上文可知，大電流母排各部位連接處是日常點檢的關鍵點。在維護過程中，要盡量減少母排連接處的電阻值，從而降低母排連接處的溫度。日常點檢中有一個實用技巧：定期觀察并記錄大電流母排的直流電壓值和電流值。根據歐姆定律U=IR，在直流輸出電壓值相同情況下，輸出的電流值也應該一致。如果根據觀察趨勢，發現直流輸出電壓一定而輸出的電流值越來越小，則表明電阻有逐漸增大的趨勢。點檢員必須查明具體原因，檢查母排連接處是否不緊密，電極板是否松動。

大電流母排點檢必須使用點溫槍或紅外成像儀，定期測量母排連接處和極板的溫度。這兩處溫度的通用點檢標準為≤70℃，點檢員必須定期做好記錄，觀察溫升是否有逐漸上升的趨勢。也可在母排聯結處關鍵點上，貼上感溫標簽。日常根據感溫標簽的顏色，可大致判斷母排是否超溫。

母排接地也是大電流母排維護中需要高度重視的問題。一旦母排搭上外部防護網，接地電流會很大，母排急劇發熱，溫度可以達到1000 ℃以上，引燃周邊可燃物，造成火險、火災等重大事故。2017 年，某鋼廠曾經出現大電流母排搭碰到防護網外殼，燒熔鐵制防護網，點燃防護網上的絕緣膠皮，引起火災。

要定期對大電流母排進行目測點檢，關注大電流母排是否有搭接接地，母排上是否有結晶物和堿液殘留。結晶物會影響母排散熱，母排連接處的結晶物和堿液還會對銅排產生電化學腐蝕，影響母排導電性能。結晶物和堿液過多，會降低母排絕緣，嚴重時也會引起母排接地，增大安全風險。目測點檢內容還應包括母排是否有打火放電現象、母排周邊有無漏堿漏液、母排上有無雜物、母排是否發黑變色、母排是否有銅綠、連接螺栓是否銹蝕，以及母排防護網罩是否良好等。

3.3 大電流母排的檢修

大電流母排的檢修通常至少半年一次。檢修內容有清潔母排，去除母排殘留物，清洗母排絕緣部件，檢測母排對地絕緣，檢查母排和極板連接的可靠性，檢查極板是否腐蝕等。

母排連接螺栓要確保牢固，母排連接接觸面要保持干凈平整。檢修時根據點檢情況，定期清潔大電流母排上的結晶及堿液，更換生銹的螺栓。如果發現母排表面凸凹不平，或有難以去除的氧化層，則要用砂輪機或者細砂紙對母排連接接觸面進行打磨。連接時在接觸面涂上導電膏，以增強導電性能。

母排連接螺栓一般為高強度鍍鋅螺栓，緊固時要用力矩扳手，確保連接力度又不傷害螺栓。螺栓緊固的力矩標準以生產廠家的產品手冊為準。通常企業參照的標準為Q/STB 12.521.5—2000。也可參考GB 3098.13 來制定，擰緊力可取最小破壞力矩的80%。按標準緊固后，必須在螺栓上做好防松標記，方便點檢時巡查。

母排對地絕緣的檢查為每年一次，檢查前必須脫開電解整流柜的輸出端，對地絕緣的通用標準為1 kΩ 以上。各產線可根據設備實際情況加以調整。如果母排對地絕緣不佳，則必須對母排螺栓的絕緣套管、母排的絕緣墊進行檢查、清洗或更換。

4 結語

鋼企的大電流母排管理不算復雜。相對其他設備，大電流母排運行平穩且故障率低，平時即使有一些小問題也不會立即爆發，因而設備管理者易忽視。但是一旦大電流母排設備隱患累積過多導致發生事故，后果卻非常嚴重。目前，很多鋼企對于大電流母排引起的事故開始警惕，將其列入專項管理，提升到安全生產的高度。了解大電流母排設備的運行原理和維護細節，會有助于人們更好預防大電流母排發生各類事故。