新型高电流密度不换极性电解清洗槽

王 浩

(北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)

1 前言

电解清洗槽用于清除冷轧带钢表面上附着的油垢、铁粉等污物，是带钢涂镀生产线、带钢连续退火生产线和带钢脱脂生产线中的主要设备。

传统的电解清洗槽主要有水平沉浸式与垂直沉浸式，其电流密度一般不大于20A/dm2，极板与带钢的间距比较大，设备长度大，电耗也高［1］。为了适应电解清洗技术发展的需要，20 世纪又陆续开发出辊子环绕式、垂直沉浸改进式、喷咀极板兼容式和—端水平喷流式等。辊子环绕式在技术上比较先进和成熟，但设备体积比较庞大，适用于大型高速带钢脱脂生产线。垂直沉浸改进式是日本新日铁公司开发的。这种机型存在的缺点是:①工作电压过高，其整流器的额定电压为60V，而一般电解清洗整流器只有30V;②极板钝化快，处理极板钝化的工作量比较大。日本的喷咀极板兼容式K－CCS，虽然电流密度达到了100A/dm2，但由于带钢通过喷咀区域的时间很短，电荷密度只有正常要求的几十分之一，故其清洗能力和适用范围尚有待于进一步探讨。而日本新日铁公司开发的一端水平喷流式HPJetCell 清洗槽，由于极板钝化严重以及带钢运行稳定性差，尚无法投入正常生产。

综上可见，在当今的电解清洗设备中，技术先进而成熟的机型还比较少。为了提供—种技术先进的新机型，于是研发出了一种新型高电流密度不换极性电解清洗槽。

2 新型电解清洗槽的原理

现有用于带钢涂镀生产线的水平式电解清洗槽，大多数都釆用中间导体法，所用的电解清洗槽其极板均采用普通钢板或不锈钢板制造。当这种极板处于阳极状态时，会产生钝化层並导致电压升高，因而每隔一定时间(通常是每卷带钢)，极板必须互换一次极性，以延缓钝化的速度，使清洗槽能够在额定电压内工作［2］。尽管这种槽的极板能定时互换极性，但极板依然存在钝化现象，而随着极板钝化层的逐渐增厚，工作电压会逐渐升高。当电压接近额定电压时，为了减少停产时间，并保持清洗槽能够继续运行，就要降低工作电流，也就是降低库仑密度。当其电荷密度低于11C/dm2时，带钢的清洁度就达不到要求，就要停产对极板进行处理［3］。

另外当清洗槽出口侧的极板由阴极变为阳极时，则通过此区域的带钢为阴极，此时清洗溶液中的油污与铁粉就会吸咐在带钢表面上，从而降低了带钢的清洗质量。因此在生产中就会出现一卷带钢清洗的干净，一卷带钢清洗的不干净，这就是极板换极性所带来的问题。并且传统的电解清洗槽的电流密度一般不大于20A/dm2，清洗能力比较差。而高电流密度电解清洗槽的电流密度可以达到100A/dm2以上，并且不用更换极性，保持带钢清洗的均匀性［4］。

新型电解清洗槽之所以不换极性是因为采用了一种特殊材料制造的新型阳极板，该种材料不仅能够有很好的导电性，而且能够使极板在阳极状态下不产生钝化现象，不会因极板钝化造成电压升高，能够持续稳定的保证设备的运行。由于极板不钝化，电压稳定，电解清洗槽运行过程中能够有效的节省电耗。而且该槽不换极性，电流密度高，能够有效的保证产品的质量，是一款节能高效的设备。

3 新型电解清洗槽的结构

高电流密度不换极性电解清洗槽的结构详见图1。清洗槽带钢入口侧的极板固定为阳极，出口侧的极板固定为阴极，运行时不改变极板的极性。此槽由上框架、下框架、下阳极、上阳极、挡液板、挤干辊、支承辊、边缘罩及其控制系统等组成，详见图1。上下阳极间距为12mm。在电解槽中部I 和O 电解区之间，配置了双腔式下静压腔和上静压腔。碱液通过节流元件输入上、下静压腔，然后通过带钢与上、下静压腔腔口之间的间隙hj水平喷入I 和O电解区，最后通过挡液板流出［5］。

图1 高电流密度不换极性电解清洗槽

此槽的主要技术参数:

带钢宽度:900mm ～1300mm

带钢厚度:0.3mm ～2.0mm

带钢速度:100m/min

整流器:2 ×5000A，25V

带钢与极板间距:12mm

4 新型电解清洗槽的特点

1)排气能力强。由图1 可以看出，清洗液从中部输入上、下静压腔，然后以较高的速度通过腔口与带钢的间隙hj分别喷至入口清洗区I 和出口清洗区O，电解时产生的气体随清洗液从槽的两端排出，排放路程显著缩短。因此，其排气能力远优于—端水平喷流式清洗槽与传统的沉浸式清洗槽。

2)可以控制槽内带钢在较小的运行空间内运行并保持工作稳定性。此槽利用清洗液喷射时在上、下静压腔所建立的液体压力，形成较强的液体静压夹持带钢能力和液体静压抗带钢扭曲能力，可以消除带钢下垂度，显著减少带钢扭曲度并消除部分板形偏差，从而可以控制槽内带钢在较小的运行空间内运行并保持工作稳定性。

3)消除了极板的钝化，实现了极板不换极性的中间导体法，消除了因切换极性而造成的带钢表面清洗质量降低和因极板钝化而造成的停机处理问题，从而显著提高了清洗质量和清洗效率。

4)不换极性电解清洗槽的最大工作电流密度达到了100A/dm2，实现了先进的HCD 型电解清洗工艺［4］，因而具有高效、淸洗质量好、结构紧凑、电耗低等特点。从而为带钢涂镀生产线产品质量的提高，创造了良好的条件。

5)该槽长度为2360mm，长度远远低于一般的电解清洗槽，维修方便，占地面积小。

5 国内外同类设备对比

高电流密度不换极性电解清洗槽主要用于涂镀生产线和连续退火生产线的前处理段以及中小型脱脂生产线。由于—端水平喷流式HPJetCell 未能正常用于生产，喷咀极板兼容式K－CCS 的清洗能力和适用范围尚有待于进一步探讨，因而可以和高电流密度不换极性电解清洗槽进行对比的机型主要有水平沉浸式、垂直沉浸式、垂直沉浸改进式等3 种。其对比结果见表1。

表1 国内与国外同类设备性能对比

在上述8 个对比项目中，现有高电流密度不换极性电解清洗槽都强于现有的电解清洗槽，而且由于高电流密度不换极性电解清洗槽已消除了极板钝化，其电流密度还可以大幅度提高。

从2009 年起，高电流密度不换极性电解清洗槽已成功应用于邯钢年产量为15 万t 的电镀锌生产线。此槽工作稳定可靠，清洗质量好，从而保证了优质电镀锌板的质量。

6 结论

高电流密度不换极性电解清洗槽具有高效、清洗质量好、工作稳定可靠、电耗低与结构简单紧凑等特点，适用于涂镀生产线和连续退火生产线的前处理段以及中小型脱脂生产线。和传统的沉浸式电解清洗槽相比较，采用高电流密度不换极性电解清洗槽可以提高产品质量，减少停产损失，降低电耗与维修费用，经济效益显著。

目前我国许多钢铁企业面临设备老化、能耗大、产品质量低的现状，电解清洗带钢装置大都是六七十年代的技术，亟待更新改造。采用高电流密度不换极性电解清洗工艺设备，可以收到节省有效空间、节能和提高产品质量的效果。

［1］戴学斌. 冷轧带钢的现代电解清洗工艺［J］. 上海金属，2007，Vol.29(2):48－53.

［2］王浩. 邯钢连续电镀锌机组工艺段设备及技术特点［J］.冶金设备，2014 年特刊(1).

［3］刘文栋，王海峰.带钢连续热镀锌机组电解清洗技术的探讨［J］.冶金设备，2004(6):50－52.

［4］刘津伟，赵林，范世儒.冷轧带钢电解清洗技术及其应用［J］.鞍钢技术，2010(4):21－24.

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