帶鋼脫脂機組電極板腐蝕原因分析及改進措施

易守安，王鄭，林攀

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“馬鋼”）帶鋼脫脂機組于2016年5月建成投產，生產規模為 70萬 t/a，生產帶鋼厚度 0.40～2.5 mm，寬度 900～1 600 mm，最大速度 500 m/min，原料單面最大殘油量和殘鐵量分別達300 mg/m2和150 mg/m2。近年來，生產中原平板式電極板腐蝕速度快，平均使用壽命只有2個月，脫離卡槽的電極板碎片時常嵌入電解槽內包膠的沉沒輥，引起帶鋼板面批量劃傷。而且受空間限制，更換維修腐蝕的電極板非常困難，影響了正常生產。對此，分析了電極板腐蝕的原因，制定了相應措施，取得較好的效果。

1 電極板腐蝕原因分析

1.1 電極板構成

電極板構成示意圖如圖1所示。

圖1 電極板構成示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Electrode Plate Structure

1.2 機理分析

電解脫脂堿洗機理是把帶鋼作為陰極或陽極，通電后帶鋼表面相應析出氫氣和氧氣泡［1］。當電極板為陽極時，則對應的帶鋼為陰極，這時析出的是氫氣，反應式如下：

當電極板為陰極時，對應的帶鋼則是陽極，這時析出的是氧氣，反應式如下：

帶鋼通過堿液噴洗槽再浸入電解液中，受堿液的作用，帶鋼表面油膜的張力下降而產生裂紋，使其對鋼板表面的粘結力大大減弱［2］。同時，水流沖洗對油膜產生沖刷和撞擊作用，鋼板外表油膜會被分散成細小的油珠，從鋼板表面電解析出的氫氣、氧氣小氣泡易吸附這些小油珠。當不斷析出的氣泡浮力大于油珠附著力時，小油珠就被氣泡帶著離開鋼板從而達到除油目的。隨著正負極的切換，電極板上產生的氫氣和氧氣對電極板形成沖擊，再加上高速流動的電解液的沖擊，使電極板產生了腐蝕和變形。

1.3 電極板腐蝕原因

1.3.1 電極板變形

原脫脂機組電極板共8塊，材質Q235，均為一整塊平面鋼板。使用時電極板整體經常因腐蝕彎曲變成弧線形狀脫離卡槽，圖2為腐蝕變形的電極板。變形的電極板偏向帶鋼或遠離帶鋼，下端處于自由狀態，上端懸掛在橫梁上，所以經常批量劃傷帶鋼，甚至割斷帶鋼。

圖2 腐蝕變形的電極板Fig.2 Corroded and Deformed Electrode Plates

1.3.2 絕緣條斷裂

電極板靠帶鋼側有4根豎直絕緣條，如圖2中所示，絕緣條為尼龍材質，生產過程中帶鋼邊緣多次嵌入絕緣條造成帶鋼嚴重撕裂而發生斷帶的事故。還發生過多次由于絕緣條的斷裂及其固定螺栓腐蝕而掉落，帶鋼與電極板接觸后表面產生電火花印跡，最嚴重的發生帶鋼側面電擊穿孔而斷帶。

1.3.3 電極板底部卡槽斷裂

電極板底部為尼龍材質凹形卡槽，其兩側斷裂的頻率非常高，每個月都需更換。有時是電極側卡槽斷裂，有時是遠離電極側的卡板斷裂脫落，造成電極板刮擦帶鋼導致帶鋼批量劃傷。

1.3.4 電極板橫擔腐蝕

電極板懸掛在材質為Q235的橫擔上，橫擔使用一年半后出現了明顯的腐蝕，電極板掛鉤和橫擔懸掛間隙發生明顯變化，影響了電極板在槽體內的穩定性。

1.3.5 電解電流和脫脂劑的影響

馬鋼脫脂機組有4臺電解清洗裝置，輸入電壓 AC380 V、頻率 50 Hz，輸出電壓 DC （0～±30） V（可調）、最大電流 6 500 A、電流密度 15 A/dm2［4］。脫脂劑一般由堿性物質、表面活性劑和添加劑組成［5］。馬鋼使用BONDERITE C-AK 1526W和FCL5180脫脂劑。堿液溫度設定為70℃，生產中發現，電解電流的大小、切換時間及脫脂劑濃度均對電極板的使用產生影響。

1.3.6 電解槽內輥系沖擊電極板

電解槽內充滿了水，水流速度超過300 m/min。由于沉沒輥高速旋轉和帶鋼高速移動，槽體內高速水流對電極板造成強大的沖擊，快速腐蝕局部電極板從而影響其使用壽命。

2 采取的措施及效果

2.1 優化電極板材質及結構形式

確定采用316L不銹鋼平板電極板代替原Q235材質并將電極板結構優化成格柵形式，格柵間隙會減小沉沒輥和帶鋼高速運動產生高速水流的沖擊。優化后的格柵式電極板示意圖見圖3。電極板四周為長和寬均為75 mm、厚10 mm的316L角鋼，中間是長1 600 mm、寬100 mm、厚6 mm的316L鋼板以48°傾角焊接在兩側的角鋼上。

圖3 優化后的格柵式電極板示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Optimized Grid Electrode Plates

2.2 優化絕緣條參數及安裝方式

原豎直絕緣條長 2 600 mm、寬 30 mm、厚20 mm，絕緣條的固定螺栓經常因腐蝕而脫落。優化后，將絕緣條水平安裝，厚度和寬度不變，長度縮短至1 600 mm，每塊電極板絕緣條數量由4根增加到11根。螺栓材質也選擇和電極板一樣的316L材質，螺栓安裝緊固后用尼龍對安裝孔進行塑焊封堵，絕緣條外觀沒有螺栓孔。

2.3 增加電極板底部卡槽厚度

針對電極板底部卡板斷裂脫落的問題，將卡槽厚度由20 mm增加至40 mm。延長電極板最底部的角鋼寬度，由75 mm增加至125 mm，最終實現了卡槽的使用壽命與電極板同步。

2.4 優化電極板橫擔及掛鉤尺寸

原電極板橫擔材質為Q235，將其改成316L不銹鋼材質，厚度由20 mm增加至30 mm。另外還優化電極板的掛鉤，長度由20 mm延長到50 mm，以增加橫擔和掛鉤的接觸面，提高了電極板懸掛的穩定性，橫擔使用壽命超過了5年。

2.5 優化電解電流和脫脂劑濃度

使用初期，電解電流為5 000 A，正負極60 min切換一次。不斷調節和測試后發現,電解電流為1 950 A、正負極20 min切換一次時，電解清洗后單面殘鐵量和殘油量反射率均≥93%，所用電量和電極板損耗相對合適。

試驗發現，堿液濃度調整到3%（按NaOH折算）時，達到高清潔度和低消耗的要求，所以堿液濃度設定為3%。

2.6 優化電解槽內輥系參數

為了減少輥系和帶鋼偏移對電極板局部沖擊造成的快速腐蝕，對電解槽內沉沒輥和轉向輥的垂直度及水平度進行了測量和優化。輥系測量數據如圖4所示，水平合格值為0.1/1 000，正交合格值為0.1/1 000。

圖4 輥系測量數據Fig.4 Measurement Data of Roll System

分析圖4認為，水平不合格項包括1#沉沒輥和1#、3#轉向輥，正交不合格項為1#、2#沉沒輥和1#、2#、3#轉向輥。 分別采取措施為，在 1#沉沒輥和1#、3#轉向輥低的一側增加或減少墊片使水平小于0.1/1 000；在1#、2#沉沒輥定位銷側面增減墊片，調整 1#、2#、3#轉向輥的軸承座和螺栓。

上述水平和正交調整的輥子要同步進行，結束后用力矩扳手按照螺栓的預緊力預緊所有螺栓并焊接擋塊。

采取上述優化措施以后，馬鋼帶鋼脫脂機組8塊電解電極板平均使用壽命均由2個月延長至8個月，滿足了生產要求。316L材質格柵電極板又應用到硅鋼生產線上，該生產線電極板使用壽命也大大延長。此后，316L材質電極板在馬鋼得到了推廣應用。

3 結語

分析了馬鋼帶鋼脫脂機組電解電極板腐蝕速度快、本體變形嚴重的原因后，將電極板材質優化為316L鋼，結構優化成格柵形式；絕緣條由豎直安裝優化為水平安裝并將其固定螺栓封堵；卡槽厚度由20 mm增加至40 mm，電極板最底部角鋼寬度由75 mm增加至125 mm，實現了卡槽的使用壽命與電極板同步；電極板橫擔厚度由20 mm增加至30 mm，電極板掛鉤長度由20 mm延長到50 mm；優化電解電流為1 950 A、正負極20 min切換一次；設定脫脂劑濃度為3%。采取上述措施后，電極板的平均使用壽命從2個月延長至8個月，保證了帶鋼脫脂機組的生產順行。316L材質格柵電極板在馬鋼其他生產線得到了推廣應用。