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(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為 70萬 t/a，生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)。對此，分析了電極板腐蝕的原因，制定了相應(yīng)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(gòu)成

電極板構(gòu)成示意圖如圖1所示。

圖1 電極板構(gòu)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(yīng)析出氫氣和氧氣泡［1］。當電極板為陽極時，則對應(yīng)的帶鋼為陰極，這時析出的是氫氣，反應(yīng)式如下：

當電極板為陰極時，對應(yīng)的帶鋼則是陽極，這時析出的是氧氣，反應(yīng)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(chǎn)生裂紋，使其對鋼板表面的粘結(jié)力大大減弱［2］。同時，水流沖洗對油膜產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)Q235，均為一整塊平面鋼板。使用時電極板整體經(jīng)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(tài)，上端懸掛在橫梁上，所以經(jīng)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(cè)有4根豎直絕緣條，如圖2中所示，絕緣條為尼龍材質(zhì)，生產(chǎn)過程中帶鋼邊緣多次嵌入絕緣條造成帶鋼嚴重撕裂而發(fā)生斷帶的事故。還發(fā)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(chǎn)生電火花印跡，最嚴重的發(fā)生帶鋼側(cè)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(zhì)凹形卡槽，其兩側(cè)斷裂的頻率非常高，每個月都需更換。有時是電極側(cè)卡槽斷裂，有時是遠離電極側(cè)的卡板斷裂脫落，造成電極板刮擦帶鋼導(dǎo)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(zhì)為Q235的橫擔上，橫擔使用一年半后出現(xiàn)了明顯的腐蝕，電極板掛鉤和橫擔懸掛間隙發(fā)生明顯變化，影響了電極板在槽體內(nèi)的穩(wěn)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(diào)）、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(zhì)、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(shè)定為70℃，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生影響。

1.3.6 電解槽內(nèi)輥系沖擊電極板

電解槽內(nèi)充滿了水，水流速度超過300 m/min。由于沉沒輥高速旋轉(zhuǎn)和帶鋼高速移動，槽體內(nèi)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(yōu)化電極板材質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式

確定采用316L不銹鋼平板電極板代替原Q235材質(zhì)并將電極板結(jié)構(gòu)優(yōu)化成格柵形式，格柵間隙會減小沉沒輥和帶鋼高速運動產(chǎn)生高速水流的沖擊。優(yōu)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(cè)的角鋼上。

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

2.2 優(yōu)化絕緣條參數(shù)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(jīng)常因腐蝕而脫落。優(yōu)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(shù)量由4根增加到11根。螺栓材質(zhì)也選擇和電極板一樣的316L材質(zhì)，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(xiàn)了卡槽的使用壽命與電極板同步。

2.4 優(yōu)化電極板橫擔及掛鉤尺寸

原電極板橫擔材質(zhì)為Q235，將其改成316L不銹鋼材質(zhì)，厚度由20 mm增加至30 mm。另外還優(yōu)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(wěn)定性，橫擔使用壽命超過了5年。

2.5 優(yōu)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(diào)節(jié)和測試后發(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn)，堿液濃度調(diào)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(shè)定為3%。

2.6 優(yōu)化電解槽內(nèi)輥系參數(shù)

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(nèi)沉沒輥和轉(zhuǎn)向輥的垂直度及水平度進行了測量和優(yōu)化。輥系測量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)向輥，正交不合格項為1#、2#沉沒輥和1#、2#、3#轉(zhuǎn)向輥。 分別采取措施為，在 1#沉沒輥和1#、3#轉(zhuǎn)向輥低的一側(cè)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(cè)面增減墊片，調(diào)整 1#、2#、3#轉(zhuǎn)向輥的軸承座和螺栓。

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

采取上述優(yōu)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(chǎn)要求。316L材質(zhì)格柵電極板又應(yīng)用到硅鋼生產(chǎn)線上，該生產(chǎn)線電極板使用壽命也大大延長。此后，316L材質(zhì)電極板在馬鋼得到了推廣應(yīng)用。

3 結(jié)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(zhì)優(yōu)化為316L鋼，結(jié)構(gòu)優(yōu)化成格柵形式；絕緣條由豎直安裝優(yōu)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(xiàn)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(yōu)化電解電流為1 950 A、正負極20 min切換一次；設(shè)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(chǎn)順行。316L材質(zhì)格柵電極板在馬鋼其他生產(chǎn)線得到了推廣應(yīng)用。