不锈钢的中性电解除鳞工艺及原理

目前国际上普遍采用中性电解技术去除不锈钢表面的铁鳞。氧化皮在电流的作用下强制溶解，处理速度快，效率高，表面“酸洗”质量好。

1. 硫酸钠电解除鳞原理

一般采用20%的硫酸钠（Na₂O₄)溶液，温度85℃,pH5~7,控制六价铬离子含量3~5g/L,阴极电流密度10~14A/dm2,阴极处理时间10~12秒。

a. 电极板表面发生的电化学反应如下:

   硫酸钠在水中电离： Na₂SO_{4 ==} 2Na⁺+SO^2-₄

  在阴极上钠离子接收电子，水解放出氢气和氢氧化钠。

    2Na⁺+2e+2H₂O == H₂↑+2NaOH

 阳极上则SO^2-₄放出电子，表面生成硫酸，并放出氧气，腐蚀性强，材质采用高硅铸铁。

  SO^2-₄ - 2e +H₂O == H₂O₄ +1/2O₂↑

 阳极表面层液的腐蚀性强，要采用高硅铸铁。在电解过程中同时有氢气和氧气放出，应防范产生电火花，以免产生爆鸣。

 b. 阴极区钢板表面的铁鳞的除去

 不锈钢带上的铁鳞即氧化铁（Fe₂O₃)作为相对阳极，被表面生成的硫酸发生化学溶解，同时被氢气冲击、撕裂和搅拌，加速溶解成三价铁离子，加速作用很重要，使基体金属避免发生过腐蚀现象，反应式如下：

 Fe₂O₃+3H₂SO_{4 ==} Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

 而Fe₂(SO₄)₃中的三价铁离子又会与阴极表面生成的氢氧离子生成氢氧化铁沉淀，应及时排走，以免堵塞通道，影响电解效率，反应为：

  Fe³⁺+3OH^- == Fe(OH)₃↓

 不锈钢表面铁鳞中含有氧化铬成分（Cr₂O₃),溶解后生成三价铬离子，部分形成氢氧化铬［Cr(OH)₃沉淀，随氢氧化铁沉淀而被排除，部分三价铬被生成的氧原子氧化而形成六价铬离子（CrO^2-₄)留在溶液中，六价铬离子的含量控制在3~5g/L。

2. 硫酸钠电解除鳞的影响因素

 a. 硫酸钠浓度

  以20%浓度为佳，随着硫酸钠浓度的提高，溶液电阻减小，导电性增强，电解效率提高，但浓度超过25%,溶液温度下降时易造成硫酸钠结晶析出，堵塞管路和换热器，损坏阀门、水泵。故停止生产时，首先要排出电解液，硫酸钠浓度可用比重计控制在1.18~1.20g/cm³,大致在20%上下。

 b. 溶液温度

 为了保持硫酸钠有足够的溶解度，电解液应保持在较高的温度下运转，一般控制在80~85℃,温度过高，水分蒸发量大，而且热能损耗过大，并不合算。

 c. 溶液pH 

  溶液酸性过大，如pH<3,优先使金属基体溶解，铁鳞溶解减慢；碱性过大，如pH>10时，优先发生析氧反应，铁鳞溶解速率也减慢。但在化学反应中，溶液中的铁离子与氢氧根离子结合，生成氢氧化铁不断排出，溶液随着反应的进行，不断消耗氢氧根离子pH逐渐减低，为了保持pH在中性即pH在5~7,必须按pH变化及时补充氢氧化钠，以保持pH在5~7之间。

 d. 电流密度

  随着电流密度的增大，除鳞速度加快。图2-6为冷轧304不锈钢电流密度与铁鳞去除效果的关系。电解时间为10秒,由图2-6可见，随着电流密度的增加，铁鳞共降效果明显提高电流密度提高到15A/dm2以后，除鳞效果没有明显的变化。电流密度过大，会加大电极板的消耗。实际生产中，根据钢种的不同，电流密度选为10~15A/d㎡2,一般AISI300系列不锈钢电解电流密度值比 AISI400系列要高一些。

 e. 电解液循环

 电解液中电极表面反应物（酸和碱）不断补充到不锈钢表面上，在其表面上生成的氢氧化铁不断地排到电解液中，产生的气泡及时排走，可加快除鳞速度，电解液循环流量应保持槽内液体每小时至少更换8~10次，使溶液循环流量保持紊流的效果最好。合理地设计酸槽结构，使电解液利用泵力从槽体两侧直接喷射到钢板和电极表面，将电解产物及时冲刷。

 f. 板极间距

 实际生产中，根据带钢板厚度调整电极间距，间距越小，电流效率越高，但钢带易碰到电极板，产生划伤，上下电极间距以200~300mm为好。

  ①. 电压降与钢带厚度的关系见图2-7。钢带越厚，带钢电阻越小；电极间距减小，极板间硫酸钠溶液的电阻减小，在电解电流不变时，系统电阻减小，电压降低。

  ②. 电极间距和钢带厚度对节能的影响见图2-8。由于电压降低，因电阻产生的放热无用功也减少，从而提高整个系统的电解效率，即产生了节能效果。

3. 不锈钢电解除鳞的工艺设备

 图2-9为硫酸钠电解加热循环系统工艺原理图：钢带借助胶辊输送入电解槽中，移动速度按电解处理时间10~12秒计电解槽中布置有阴极和阳极，由电解整流器送入电流至阳极板和阴极板上，阴极电流密度为10~14A/d㎡。固体硫酸钠（Na₂SO₄)直接倒入循环罐内，加水搅拌溶解，稀释成20%浓度，用循环泵经过滤器、换热器，出口设有温度传感器，加热到85℃温度时，自动控制气动阀，溶液由循环泵泵入电解槽循环使用，循环泵流量200m³/h,扬程30m,上下电极间距根据钢带板形控制在200~300mm之间。电解产生的铁鳞或氢氧化铁等污泥沉积在循环罐锥形底部，通过自动排污系统排出，进行分离处理，清液回收利用。电解槽和电极板每隔10天左右清理冲洗一次，以免堵塞。

4. 电解除鳞技术安全与经济效益

 生产高质量不锈钢板，采用中性电解除鳞技术，不锈钢制作的质量有大幅提高，极大地提高了市场竞争力，虽然设备复杂，投资运行成本高，但还是以电解除鳞安全，钢带表面质量好而合算，经济效益高。