CN103014824A

CN103014824A - 低碳型交流电化学除油工艺方法

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Publication number: CN103014824A
Application number: CN2011102805637A
Authority: CN
Inventors: 李文志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-03

Abstract

发明名称“低碳型交流电化学除油工艺方法”，是金属表面处理技术领域中首例采用交流电进行电化学除油的新工艺方法，这种方法采用电压仅为2.5～3.5伏特的单相或三相交流电，对金属工件界面用交流电进行电化学除油的工艺方法。这项发明解决了金属工件经直流电化学除油工艺后容易发生的″氢脆″顽症。这项新技术还实现了在自然液温中不需加温的理想作业模式，工艺历时也从老工艺所要求的20～30秒钟降至新工艺仅需要6～8秒钟，因此节约了60～70％的工艺能耗。

Description

低碳型交流电化学除油工艺方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域中的由传统的采用直流电进行除油工作的“直流电化学除油方法”向采用交流电进行除油工作的一种“低碳型交流电化学除油方法”，是在工艺理念和操作技术上全面进步的换代型工艺方法。

背景技术

在本发明“低碳型交流电化学除油工艺方法”诞生之前，相关的生产厂家一直延续着对在加热状态中的除油溶液中，对金属工件进行着化学除油或传统的采用直流电进行的电化学除油作业。由于传统观念中的电化学除油工艺方法仍需对溶液在加热中进行除油工艺操作，除此之外，上面陈述的一些相对陈旧的对金属工件进行化学或直流电化学除油工艺方法，都还存在着在工艺实施过程中用于加热工艺溶液的能耗大、工艺历时长的缺点。传统的直流电化学除油工艺方法在操作过程中也还存在着需要将零散工件逐个地人工接通电源的繁琐，以及金属工件在直流电化学除油过程中，会产生严重地降低金属工件机械强度的″氢脆″问题的困扰。终使尚在幼稚阶段的原传统的直流电化学除油工艺方法，一直处于有其名而无其实的尴尬境地。在这样的背景技术中，发明人在重新梳理和反思传统的直流电化学除油工艺方法的优势方面和仍然存在的不足之处基础上，拓展了在交流电控制下的新型电化学除油工艺进行时电解液中的电极界面在极化过程中的一些新理论。终于研发出一种由多项优秀素质堆砌成的在不需要加温的自然温度的工艺溶液中，就能出色地完成对金属工件工艺界面除油任务的节约能源的″低碳型交流电化学除油工艺方法″，在科技进步和谐的社会环境中破茧而出了。

发明内容

低碳型交流电化学除油工艺方法是利导电状态对偶电极在电解液中所形成的长程电场力，使处于电解液中相对独立的金属工件在“液导”和“电位分压”原理作用下产生与对偶电极相对应的极性和电位关系，从而免除了传统电化学除油工艺过程中对工件的联接导线的繁琐。使低碳型交流电化学除油工艺方法适宜对金属卷材工件的除油作业成为流水线式大、中型生产线的环节工程。与这种除油作业方法相配套的设施包括：装有能够保证工艺所需的循环流量除油电解液的交流电化学除油工艺池，池内设置有根据生产能力所安置的单相或三相对偶电极组及被除油的金属工件和相应的可控制的工艺供电设备等设施，构成了低碳型交流电化学除油工艺方法实施的硬件体系。低碳型交流电化学除油是建立在采用交流电进行电化学除油的全新概念中的一种电化学除油工艺的进步型方法。小规模的低碳型交流电化学除油作业可采用2.5～3.5V的单相交流电进行工艺供电；作为与相应生产线相配套的较大规模的低碳型交流电化学除油作业，则采用相电压为2.5～3.5V的三相交流电进行工艺供电。这种电化学除油工艺理论是建立在单相或三相交流电位控制中的对偶电极，在由除油溶液组成的电解液中形成了同步于交流电变化的″长程电场力″，并按电极与电解液中置入的在一定程度上具有相对独立导体<金属工件>间的″液导″和″电位分压″原理，使除油电解液内的金属工件的相对界面电位，紧紧地跟随着交流电源所输出的电位变化规律，同步地显示出与相应电极相对极性的电位变化。当一个电极界面上的电位为正时，距离该电极最近的金属工件界面上的电位为负；当这个电极界面的电位为负时，距离该电极最近的金属工件界面上的电位则为正。当金属工件瞬间处于相对的阳极电位时，由工件界面离子双电层形成了阳极极化过电位。当这个过电位的能量大到一定程度时，使莅临工件电极界面最贴近的一层极性水分子，首次被解体即被极化电离为氢氧根离子OH^-和氢离子H⁺。

由极性水分子在阳极极化电离出来的氢离子H⁺在长程电场力的作用下，向阴极移动；氢氧根离子OH^-则在该工件界面足够强大的阳极极化过电位作用下，被进一步解体即再次被极化电离分裂成为氢离子H⁺和氧离子O^2-。

次生的氢离子又在长程电场力的作用下奔向阴极去完成同时发生的阴极反应。剩余的氧离子O^2-继续在强大的阳极极化过电位所形成的场力作用下失去电子，变成了新生态的原子氧，继而在同类物质″类聚″的理论规律中，每两个原子氧又立即结合成分子氧O₂，并以气体状态从瞬间的工件阳极界面析出。

当电解液中的金属工件界面在交流电动作用下为瞬间的相对阴极状态时，吸附在阴极状态的工件界面上的极性水分子在足够强大的阴极极化过电位所形成的场力中，也发生着类似阳极界面极性水分子解体反应。在反应中分裂出的氢氧根离子OH^-，在长程电场力作用下奔向阳极去完成阳板反应；在此同时从水分子解体中分裂出来的氢离子偕同从阳极反应中迁移过来的氢离子H⁺，共同在阴极界面得电子后析出氢气。

从上面陈述在电极界面上发生的电化学反应过程看，在电极界面每解体两个极性水分子，才能在阳极界面析出一个分子氧O₂；同时也在阴极界面析出两个分子氢H₂。在除油电解液中的由金属工件界面发生的瞬间电极析气反应中，使其表面沾附的油污被析出的气体所剥离，使之进入除油溶液的液相中构成了交流电化学除油的基本过程。从瞬间阳极状态的工件界面被剥落的油污微粒带有正电荷，这些带有正电荷的油污微粒，在长程电场力的动力驱动下，迁移到阴极界面得到电子补给后又会带有负电荷。在此同时发生的，因析氢反应从阴极工件界面被剩离下来的油污，也一定会带有负电荷。不同批次带有负电荷的油污中的生物油脂(C₇H₁₅～C₁₇H₃₅)C₃H₅微滴与除油电解液中的钠离子Na⁺发生皂化反应，生成了脂肪酸钠(C₇H₁₅～C₁₇H₃₅)CooNa和副产物丙三醇(俗称甘油)C₃H₅(OH)₃。

(C₇H₁₅～C₁₇H₃₅)C₃H₅(生物油污)+3NaOH＝3(C₇H₁₅～C₁₇H₃₅)CooNa(脂肪酸钠)+C₃H₅(OH)₃(丙三醇)。

在长程电场力的驱动中，另外还有一些带有负电荷的矿物性油污微粒迅速地向阳极运动，并于阳极界面放电后，又变成带有正电荷的油污微粒，继而又发生了在长程电场力作用中的向阴极移动行为。并且如此地往复不已，这种往复式运动使被剥离的矿物油污在电解液中迅速地被乳化为极至状态。另外，在生物油皂化过程中衍生的″丙三醇″C₃H₅(OH)₃是一种油水兼顾的表面活性剂。它能使的依旧附在工件表示的残余油污顺利被剥除，又能使已经乳化了的矿物油污处于更加稳定的乳化状态，以此，又增加了除油电解液的除油工作活性。

在低碳型交流电化学除油的工艺过程中，金属界面相对的电极极性的变化周期仅为0.02秒钟。在同一个金属工件界面上的一个极性变化周期中，析氢和析氧的历时过程各占了将近0.01秒钟。所以从交流电所导入的电解液中的相应工件界面电极产生的一种气体，到交流电过零后又被另外一种析出的气体所取代，每个过程频率交错而短暂，致使在每个析气过程中被剥离下来的油污颗粒也十分地细微。这些微粒油污的比表面积非常巨大，这种状况又能够进一步强化了除油电解液对油污微粒皂化和乳化的能力。从而使采用交流电进行电化学除油工艺方法升变为能够在常温状态中，就实现了在6～8秒钟的时间内完成原本需要加热除油电解液的直流电化学除油工艺在长达20～30秒钟的历时才能完成的金属工件表面油污的清除任务。为了减少上电极组间的漏放电，在B、C电极组间安置一块底贴工件，上出电解液面的绝缘挡板。由于革除了对除油电解液的加热和工艺历时大幅度地缩短，以此取得的成果是本发明得以实现了高达60％～70％的工艺节能的效果。

由于低碳型交流电化除油在工艺过程中在三相交流电作用下的三相三组电极使金属工件界面的相对极性变化迅速，况且以A、B、C三相位差均在120°的三相三组电极构成的三相交流电实施的交流电化学除油过程中，对于每组电极的瞬间从不同的电极组间形成的对偶关系看，每相电极组的瞬间对于其他不同相的电极组而言，每时每刻都处于不断周而复始地相对应的阴极和阳极状态变化中。从而导致了A、B、C三相电极组所对应的金属工件相应的界面，也时刻处于同步于三相电极组对应的阳极和阴极状态的变化中。被除油的金属工件在短暂的阴极状况时的工件界面析出新生态氢后，析出的氢马上又被随之而来的同一界面的相对阳极状况时析出的新生态氧所结合成水。这样一来使析出的氢气就来不及渗入金属工件内部形成危害，况且低碳型交流电化学除油的工艺历时已经缩短到只需6～8秒钟，仅是传统电化学除油工艺历时的1/3～1/4。这么短的工艺历时也会每逢在阴极状态时的工件界面使析出的氢对工件的渗入量减少了数倍。从而较彻底地根除了″氢脆″这个金属工件在原来传统的直流电化学除油工艺中极易发生而且不能根治的顽症。

附图说明

附图是“低碳型交流电化学除油工艺方法”示意图

1.由PP-R工程塑料板或低碳钢板焊制交流电化学除油工艺池箱体。

2.防碰连挡板，由PP-R或PVC工程塑料制作。

3.A相电极(下电极)由厚度为5～8mm低碳钢板或不锈钢板制做。

4.电解液溢流管。

5.碳钢基体外包复丁晴橡胶的上导向胶辊。

6.金属卷材工件(钢、铝或其它薄板金属)。

7.碳钢基体外包复丁晴橡胶的下导向胶辊。

8.电解液进液口。

9.B相电极(上电极)由厚度为5～8mm的低碳钢板或不锈钢板制作，电极上应该钻有占1/4总电极面积的

10～12mm孔。

10.节能绝缘隔板，用厚度8～10mm的PP-R或PVC工程塑料板制作。

11.C相电极(上电极)由厚度为5～8mm的低碳钢板或不锈钢板制作，电极上应该钻有占1/4总电极面积的

10～12mm孔。

12.溢流管皂化物滤网。

13.电解液储箱.由PVC工程塑料板或低碳钢板焊制。

14.电解液循环泵。

具体实施方式

一.设备的制备

1.用厚度18～20mm的聚丙烯PP-R工程塑料板，或厚度为5～6mm的低碳钢板焊制工艺池体(规格按被除油的工件外形尺寸决定)。为了防止用钢板焊制的池体导电，金属池体内壁必须裱糊不少于两层玻璃纤维布和环氧基玻璃钢为合体的敷涂物。

2.电解液储箱可用PVC-U工程塑料或低碳钢板焊制，用低碳钢板焊制的储箱内壁不必裱糊玻璃钢内衬物。

3.下电极(A相电极)的来、去料的两头各安装一块高度低于工件2～3mm的条形绝缘板，用以防止在除油的工艺过程中金属卷材一旦发生断板或紧急停车的工件积聚时可能发生的相间短路。

4.除油变压器初次级变比是380～400V/4.5～6.5V、组别为Y/Y-12的三相油浸或干式变压器。为了适应不同生产状态的除油供电参数的调整，变压器的输入端还应配置相应的可控硅调压装置。

5.低碳型交流电化学除油工艺中的槽电压仅在2.5～3.5V范围内，除油的工艺相电流则在800～1500A间。为了减少电能在超低电压和大电流传输过程中的损失，在保证设备与操作人员安全的条件下，除油变压器应该在尽量靠近工艺池的地方安装。

6.除油电极用厚度6～8mm，宽度为150～200mm的低碳钢板或不锈钢板制作，电极工作界面电流密度控制在35～45A/dm²。

7.为了防止除油上电极组(B相和C相电极组)工作过程中，因析出的气体积聚而产生的区块气泡绝缘现象的发生，每块上电极必须均匀地钻有总孔洞面积不小于1/4该电极面积的

10～12mm的孔洞。

8.对电解液循环量的要求是能把工艺过程中，能够使产生的皂化物从溢流口顺利的导出即可。当然，若能加大电解液的循环量还有利于从工件上剥离出来的矿物性油污的乳化。所以电解液循环泵流量Q为8～10m³/h，即可满足生产要求。

9.低碳型交流电化学除油的工艺方法属于在自然温度中的一种快速电化学除油的方法。由于工艺液温较低，工艺过程中从工件上被剥离的油污皂化后，皂化物能够漂浮于储池液面上。这种现象比加温型的除油老工艺出现的皂化物悬混于工艺溶液中难以清除是一个优点，漂浮的皂化物可定时人工捞取或用120～160目的丝网在回流的电解液进入储池前予以滤除。

二.低碳型交流电化学除油的生产运行

低碳型交流电化学除油工艺方法是，在自然温度中仅仅依靠除油电解液和对除油电量投入的调整，就能顺利地完成对金属工件表面油污清除任务的快速和节能的时尚工艺。

1.用自来水调配不同季节中使用的交流电化学除油配方，即配液时每升自来水应添加的氢氧化钠重量：

A、夏季除油电解液配方

氢氧化钠60～65g/自来水1

B、春季和秋季除油电解液配方

氢氧化钠70～80g/自来水1

C、冬季除油电解液配方

氢氧化钠85～95g/自来水1

配方中的氢氧化钠的作用是在低碳型交流电化学除油工艺过程中，担负电解液导电功能的电解质及皂化和乳化金属中表面的油污，协助油污在工件电极的瞬间交替的析气电极反应中，从工件界面上剥离下来，完成本低碳型交流电化学除油的主体工艺过程。

2.操作程序是：启动生产前引穿好金属卷材工件；启动除油电解液循环泵；再启动机列拖动电机。待这些操作程序完成并能正常运行时，立即接通低碳型交流电化学除油工艺池的工作电源。于是该低碳型交流电化学除油的设施就开始工作了。

3.完成了除油工艺后的金属卷材工件，在机列的牵引中进入2～3个道次的喷淋水洗工艺环节，每个道次的水洗时间不少于6秒钟。

4.低碳型交流电化学除油的工艺效果取决于电解液的浓度大小和工艺温度的高低，以及工艺过程中流经工件工艺界面上的工艺电流密度和工艺历时相乘后的除油工艺电量的多少。作为一条与相应生产相配套的低碳型交流电化学除油生产线，因不同的季节所用的电化学除油溶液配方，工艺温度及工艺历时和机列运行速度已经成为定值，所以只能通过工件界面工艺电流密度的调整来实现工艺中所投入电量的改变来调整除油力度。

低碳型交流电化学除油的工艺温度、工艺电量表

对于金属卷材工件的低碳型交流电化学除油生产线，当工件宽度为650mm～920mm范围，生产运行速度在8m/min～40m/min时，其除油变压器功率的选择如下面列表所示。

低碳型交流电化学除油生产线运行速度与变压器功率表

以北京地区为参数基准的北方冬季，当室温为10～12℃时，在工艺电流的热效作用下，除油电解液的工作温度会自动平衡在24～26℃间。夏季室内温度为26～28℃时，除油电解液的温度也会稳定在34～38℃。

低碳型交流电化学除油工艺方法是个优秀的新生事物。这项工艺技术还革除了其它除油工艺在启动生产前的长达数小时的对工艺溶液的予热过程，实现了在除油溶液在一年四季的自然温度状态中只要按工艺参数的要求供电后，立即就能投入完美的交流电化学除油工作状态。在这项工艺技术的实施中，只要规范地制造和安装低碳型交流电化学除油的硬件设施，就能在比较漫长的甚至长达数年生产运行中，实现免于维修的理想运行状态。仅这一点优势就是其它任何一种除油工艺模式无可比拟的。

Claims

1.一种低碳型的采用交流电进行电化学除油工艺方法，它包括：装有能够保证工艺所需除油电解液循环流量的(1)交流电化学除油工艺池(8)电解液进液口(4)电解液溢流管(12)溢流管皂化物滤网(13)电解液储箱(14)电解液循环泵，池内设置单相或三相对偶电极组及被除油的金属卷材工件(6)和相应的可控制的工艺供电设备(3)A相电极(9)B相电极(11)C相电极(10)绝缘节能挡板，其特征在于：在自然温度中依靠对用自来水和氢氧化钠调配的除油电解液和除油电量的调整，完成对金属工件表面油污清除任务的低碳型交流电化学除油的方法。

2.根据权利要求1所述的一种低碳型的采用交流电进行电化学除油工艺方法中的，装有能够保证工艺所需除油电解液循环流量的电解液池，其特征在于：用厚度18～20mm的聚丙烯PP-R工程塑料板，或厚度为5～6mm的低碳钢板焊制工艺池体，金属池体内壁必须裱糊不少于两层玻璃纤维布和环氧基玻璃钢为合体的敷涂物，电解液储箱用PVC-U工程塑料或低碳钢板焊制，电解液循环泵流量Q为8～10m³/h。

3.根据权利要求1所述的一种低碳型的采用交流电进行电化学除油工艺方法中的，在自然温度中依靠对用自来水与氢氧化钠调配的除油电解液和除油电量的调整，完成对金属卷材工件表面油污清除任务的低碳型交流电化学除油方法，其特征在于：夏季除油电解液是由氢氧化钠60～65g/自来水1调配而成；春季和秋季除油电解液是由氢氧化钠70～80g/自来水1调配而成；冬季除油电解液是由氢氧化钠85～95g/自来水1调配而成，低碳型交流电化学除油工艺温度和工艺电量的调整特征是：15℃时工艺界面电量280C/dm²、非工艺界面电量140C/dm²；20℃时工艺界面电量240C/dm²、非工艺界面电量120C/dm²；25℃时工艺界面电量180C/dm²、非工艺界面电量90C/dm²；30℃时工艺界面电量120C/dm²、非工艺界面电量60C/dm²；35℃时工艺界面电量20C/dm²，非工艺界面电量35C/dm²。

4.根据权利要求1所述的一种低碳型的采用交流电进行电化学除油工艺方法中的，池内设置单相或三相交流电位控制对偶电极，其特征在于：小规模的低碳型交流电化学除油作业可采用2.5～3.5V的单相交流电进行工艺供电；较大规模的低碳型交流电化学除油作业则采用相电压为2.5～3.5V的三相交流电进行工艺供电，在上电极B、C电极组间安置一块底贴工件，上出电解液面的用厚度8～10mm的PP-R或PPC工程塑料板制作的绝缘挡板，除油变压器初次级变比380～400V/4.5～6.5V，采用三相交流电供电时组别为Y/Y～12的三相油浸或干式变压器，变压器的输入端配置相应可控硅调压装置，除油电极用厚度6～8mm，宽度150～200mm的低碳钢板或不锈钢板制作，电极工作界面电流密度控制在35～45A/dm²，每块上电极均匀地钻有总孔洞面积不小于1/4该电极面积的φ10～12mm孔洞，下电极A电极的来去料的两头各安装一块高度低于工件2～3mm的条形绝缘板，低碳型交流电化学除油生产线运行速度与变压器配置功率是：生产线运行速度为8m/min时，变压器功率为6KW；生产线运行速度为10m/min时，变压器功率为8KW；生产线运行速度为20m/min时变压器功率为16KW；产线运行速度为30m/min时，变压器功率为24KW；产线运行速度为40m/min时，变压器功率为32KW。