镀锡基板表面清洗工艺实践

摘要：电解脱脂清洗是镀锡生产工艺中不可缺少的组成部分，重点从适合去除湿平整工艺下带钢表面残留脂类平整液的脱脂剂进行分析，从脱脂剂的选择、清洗质量等几个方面对梅钢电镀锡机组清洗工艺进行探讨。
关键词：电镀锡电解清洗清洗剂
在冷轧带钢生产过程中，带钢表面总残留着一些油脂、铁粉和灰尘等杂质［1］。如果不对带钢进行表面清洗，各种杂质会被带到下一工序，从而引起比较严重的表面质量问题，尤其是电镀锡产品，据统计由于脱脂除油不彻底而导致镀层不良的比例一般占60%～80%。
冷轧带钢板上的污垢主要是冷轧液、机油、炭粒和铁粉等。冷轧液通常是天然或人工合成的动、植物油，机油来源于轧机的轴承及其它润滑部位，在轧制时混入轧制油并沾在钢板上，需对其清洗。
梅钢电镀锡机组生产用基板是梅钢连退机组自行生产，梅钢连退机组平整段采用了目前国内先进的四辊湿平整大延伸率生产工艺，其采用的平整液为脂类植物油。
1·电解清洗工艺
电解脱脂是在钢带两侧设置两对电极板，电极板通上直流电以后，使钢带处于电场之中，产生极化现象，从而带上与电极板相反的电荷，这样就能使电解液产生电解反应［2］。
当钢带两侧的电极板带正电时，处在相应位置的钢带就带负电，电解液中带正电的H就在钢带表面聚集，得到电子，生成氢气，还原反应式:
2H+2e→H2↑
当钢带两侧的电极板带负电时，处在相应位置的钢带就带正电，电解液中带负电的OH－在钢带表面聚集，失去电子，生成氧气，氧化反应式:
40H－+4e→H20+02↑
电解脱脂的电极板都是成对使用，即分别有一对阳极板和阴极板，交替排列，钢带先后通过两对电极板时，也先后发生氧化和还原反应。
电流从电源的正极流出之后，先通过阳极板流向钢带，从阳极板处的钢带流向阴极板处的钢带，又从钢带流向阴极板，回到电源的负极。
梅钢镀锡机组电解清洗工艺流程为:热碱浸泡槽一电解脱脂槽一水喷淋槽一热水漂洗槽一热风干燥装置。另外，还设有循环罐及循环系统、碱雾排放系统、废碱液排放系统等辅助系统。
2·脱脂剂的组成及选择
2．1脱脂剂的组成
典型的钢板洗涤剂主要由碱、表面活性剂、螯合剂、助溶剂、抗再沉淀剂、消泡剂等组成。
传统的脱脂剂中表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物，能明显改变两相间的界面张力或液体(一般为水)的表面张力，具有乳化、润湿、起泡和洗涤作用。它们都有一个共同的结构特点:即分子结构中同时含有亲水基和疏水基。表面活性剂结构示意图见图1。
氟、碳硅等［3］。亲水基通常为阴离子、阳离子、非离子和两性官能团，其有足够的亲水性，以保证整个表面活性剂能溶于水中，并有必要的溶解度。
2．2脱脂剂的选择
梅钢电镀锡机组的来料基板采用的是湿平整工艺，因此与干平整工艺相比，在带钢表面会残留较多的脂类植物油。较之目前已有的镀锡机组脱脂清洗工艺，梅钢电镀锡机组的脱脂剂需要具备有较强的去除脂类植物油的能力。梅钢连退机组平整机使用的平整液为长碳链结构，针对长碳链有机化合物的特性，通过对现有脱脂剂进行配方调整，提升了其对去除残留在基板表面平整液的能力。
从反射率结果看，使用338YZ清洗后的基板LECO检测结果一般，338YZ改进型针对消除平整液残留的338MG型脱脂剂清洗后的基板LECO检测碳含量明显下降(见表1)，板材更光亮。
3·影响电解清洗效果的主要因素
3．1脱脂液温度和浓度
图2为使用反射率评价清洗后带钢表面质量，可以明显看出针对去除梅钢平整液残留的338MG型脱脂剂清洗效果优于338YZ型脱脂剂。
3．2脱脂剂中油脂的浓度
在电解清洗过程中，脱脂液中油脂浓度逐渐增加，使其有效碱成分以及表面活性剂减少，清洗性能下降。ParcoCleaner338MG型脱脂剂特别选择了耐碱、耐高温性好的表面活性剂，在70℃工作温度下脱脂剂中清洗下的油脂成分散装悬浮于溶液中，不会漂浮在溶液表面，通过在线过滤器可以有效去除，从而确保脱脂剂的清洁。
在梅钢的清洗脱脂系统中配置了磁性过滤器，但是在更换过新型脱脂剂后，由于带钢表面油污清洗能力增强，导致了磁性过滤器滤芯容易堵塞的问题发生，在一定程度上影响了脱脂液的清洁度。
3．3电流密度
保证电解清洗快速、高效的一个重要条件是电流。当带钢表面油污一定时，电流密度越大，除油速度越快。电流密度通常为5～20A/dm2。当电极尺寸数量、电解液浓度确定后，电流密度超过20A/dm2清洗效果已不太明显。同时，电解电流过大，会使阴极带钢渗析氢，发生氢脆现象，使阳极带钢腐蚀，甚至发生点状腐蚀。
3．4运行稳定性
在机组高速运行下，高压喷淋、高压电解连续生产，极易在清洗槽和循环罐中产生大量泡沫［4］，泡沫的产生会富集脱脂剂中添加剂的有效成分，大大降低脱脂清洗效果，严重情况下泡沫会溢出槽体影响机组的正常生产。因此，低泡表面活性剂在高速冷轧生产线上则显得尤为重要。
ParcoCleaner338MG型脱脂剂特别选择低泡、耐碱、耐高温性好的表面活性剂，确保了机组在高速运行时的低泡性，实际生产验证在70℃的工艺温度下，工作槽内无泡沫产生，很好的满足了现场生产应用。
4·结语
用于涂镀前处理的电解清洗是比较成熟的技术，因各机组使用原板的含油污量、过钢量等参数的不同，清洗工艺及设备必须进行相应调整，充分发挥各工艺设备的清洗能力，才能生产出高表面质量和镀层结合力好的涂镀板。特别是做好针对来料基板表面残留物的分析，选择合适的脱脂剂。梅钢镀锡机组选用的ParcoCleaner338MG型脱脂剂很好地去除了基板表面残留的脂类平整液，脱脂能力较之前有明显提升，这是对基板表面残留物有针对性研究开发的成果。
冷轧带钢现代电解清洗工艺伴随冷轧工艺技术的发展，电解清洗电流密度逐渐提高，普通型电解清洗工艺正在逐渐被淘汰，高电流密度是今后电解清洗的发展方向，并已经逐渐成为主流。同时，市场也在呼唤新的高电流密度电解清洗工艺及设备的诞生。
参考文献
［1］日本冷轧带钢技术编译组．日本冷轧带钢技术［M］．北京:冶金工业出版社，1985．
［2］李帅方，刘晓魁．电解清洗电流效率的二维模拟研究．材料导报:网络版，2012(1):24－26．
［3］王金平，顾建栋．冷轧钢板清洗剂．清洗世界，2003(11):40－42．
［4］聂兴利，肖斌，曹亮，等．冷轧带钢电解清洗工艺及设备．清洗世界，2012，28(7):39－43．(编辑:夏敏)


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