新型鋼帶連續(xù)鍍銅電鍍槽

張馥，邵華岳，石磊 *，王凡余，王成超，王鋼鋒

（1.朝陽師范高等?？茖W(xué)校生化工程系，遼寧 朝陽 122000；2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；3.東營(yíng)幫迪金屬制品有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

鍍銅鋼帶是一種新金屬?gòu)?fù)合材料，鍍銅鋼帶保持了鋼的高強(qiáng)度和彈性，以及銅的良好導(dǎo)電性能和抗腐蝕性能。鍍銅鋼帶普遍應(yīng)用在汽車油管、地板加熱管、空調(diào)管等方面。因氰化鍍銅的電流效率高，現(xiàn)有鋼帶連續(xù)電鍍銅大多數(shù)是氰化鍍銅，多在高溫(70～80°C)、高濃度(高堿、高氰化物)、高速(20 m/min 左右)下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作[1]。

鋼帶連續(xù)鍍銅電鍍槽現(xiàn)已發(fā)展至第三代?，F(xiàn)有的廠家大多使用第一代鋼帶連續(xù)鍍銅槽(見圖1)，即長(zhǎng)方體箱式結(jié)構(gòu)電鍍槽。這種結(jié)構(gòu)的鋼帶連續(xù)鍍銅槽安全事故多發(fā)，而且一旦有毒性氣體產(chǎn)生還會(huì)危害人身安全，不便于安全生產(chǎn)。電鍍槽大多是鑄鐵內(nèi)襯玻璃鋼防腐層，鑄鐵易發(fā)生銹蝕，鐵銹和其他金屬雜質(zhì)進(jìn)入鍍液易造成鍍銅液品質(zhì)變差，影響鍍層性能甚至造成不上鍍。銹蝕后，箱體還易出現(xiàn)裂縫或小孔，造成跑冒滴漏，浪費(fèi)鍍液并污染環(huán)境。此外，鋼帶連續(xù)氰化物鍍銅槽的工作溫度高、體積大，一般通過蛇形鋼管深入鍍槽中通蒸汽直接加熱。維護(hù)安裝過程中可能傷及加熱器，且鋼管內(nèi)表面長(zhǎng)期受熱氣腐蝕。這些都會(huì)導(dǎo)致加熱管壁厚度降低，導(dǎo)致滲漏[1]。

圖1 第一代鋼帶連續(xù)鍍銅槽Figure 1 First generation tank for continuous copper plating of steel strip

與第一代電鍍槽相比，第二代電鍍槽在外形上變化不大，依然是長(zhǎng)方體箱式結(jié)構(gòu)。第二代電鍍槽不再使用鑄鐵，而是直接使用高強(qiáng)度的樹脂作電鍍槽主體材料，并且對(duì)電鍍槽進(jìn)行密封處理，不再擔(dān)心有毒有害氣體逸出而危害人身安全，但第二代電鍍槽的封閉處理導(dǎo)致電鍍過程中觀察不方便，封閉蓋開啟困難，無法隨時(shí)觀察電鍍過程。此外，現(xiàn)有二代電鍍槽無法對(duì)槽內(nèi)電鍍液和廢氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，使生產(chǎn)人員無法及時(shí)作出反應(yīng)，有時(shí)會(huì)造成巨大的資金損失和人員傷害。

本文介紹的新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽屬于第三代電鍍槽，與第一、第二代相比，其在鍍槽材料和鍍槽的自動(dòng)功能方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展。

1 新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽的結(jié)構(gòu)

如圖2 所示，新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽創(chuàng)造性地使用了子母槽結(jié)構(gòu)，鍍液母槽和電鍍子槽之間通過泵連接，二者之間構(gòu)成封閉循環(huán)。母槽為較大的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，電鍍子槽則為梯形結(jié)構(gòu)。槽體不是不銹鋼金屬材料或簡(jiǎn)單的樹脂材料，而是無機(jī)非金屬材料，耐酸堿性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以往的金屬材料。箱體上搭載多組用于預(yù)警、報(bào)警的裝置，使該新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽安全可靠，符合綠色環(huán)保的生產(chǎn)要求。

圖2 母槽與子槽之間的封閉循環(huán)Figure 2 Closed cycle between the master and secondary tanks

圖3 為鋼帶連續(xù)鍍銅槽的結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括電鍍槽槽體、廢氣回收裝置、液面自動(dòng)報(bào)警裝置、觀察窗、整流器顯示屏、防滲漏裝置、碳酸鈉沉積量測(cè)定裝置。

圖3 新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽的結(jié)構(gòu)Figure 3 Structure of novel continuous copper plating tank for steel strip

1.1 廢氣回收裝置

對(duì)于電鍍車間有害氣體所造成的污染問題，目前一般企業(yè)都采用局部排風(fēng)的方法進(jìn)行控制，但設(shè)計(jì)的排風(fēng)系統(tǒng)都是針對(duì)固定槽中有害氣體的揮發(fā)[3]，很少關(guān)注電鍍過程的陰極放電反應(yīng)，鋼帶連續(xù)鍍銅生產(chǎn)過程中，陰極放電的同時(shí)還會(huì)析出氫氣，并在鍍槽上方形成氫氣富集區(qū)。一般的電鍍過程中由于通電時(shí)導(dǎo)電不良或漏電，陽極可能產(chǎn)生火花，當(dāng)氫氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到爆炸極限(4%)時(shí)，鍍槽內(nèi)的氫氣就有可能發(fā)生爆炸，危及操作人員的安全。廢氣回收裝置中的風(fēng)機(jī)把鍍槽內(nèi)的有毒氣體和氫氣抽進(jìn)處理塔后進(jìn)行集中處理，風(fēng)機(jī)與處理塔相連，處理塔與大氣相連，這樣避免了有毒氣體的逸出，防止了氫氣濃度過高引起的爆炸[4]。

1.2 液面自動(dòng)報(bào)警裝置

電鍍時(shí)鍍液面一旦超出警戒液面，就有流出電鍍槽的危險(xiǎn)，電鍍液一旦流出電鍍槽就有可能引起電鍍槽腐蝕和造成鍍液浪費(fèi)。若電鍍液為有毒液體，還會(huì)對(duì)生產(chǎn)者造成傷害。設(shè)置液面自動(dòng)報(bào)警裝置(如圖4 所示)后，電鍍槽中的液體超過警戒液面時(shí)，由于浮力作用，浮漂會(huì)通過輕質(zhì)連接線對(duì)壓力傳感器產(chǎn)生拉力，使壓力傳感器發(fā)出信號(hào)并通過導(dǎo)線傳輸給自動(dòng)報(bào)警裝置，自動(dòng)報(bào)警裝置便發(fā)出警報(bào)，提醒生產(chǎn)者電鍍槽液面過高[5]。

圖4 液面自動(dòng)報(bào)警裝置Figure 4 Automatic alarm device on liquid level

1.3 觀察窗

觀察窗用透明塑鋼玻璃制作，即使鍍槽密閉，也可在電鍍過程中觀察鍍槽內(nèi)的情況，如鍍液變化和陽極反應(yīng)情況，并且有毒有害廢氣不易逸出，車間內(nèi)更加安全可靠。此外還可通過觀察窗更換陽極和添加電鍍料[6]。

1.4 整流器顯示屏

將整流器的顯示屏放在電鍍槽上，電鍍?nèi)藛T可直接觀察電流、電壓大小，并隨時(shí)調(diào)整整流器的電流和電壓，保證了電鍍的穩(wěn)定性，所得電鍍層更加均勻穩(wěn)定[6]。

1.5 碳酸鈉沉積量測(cè)定裝置(見圖5)

電鍍時(shí)碳酸鈉易結(jié)晶析出，影響鍍液均勻性的同時(shí)，還降低產(chǎn)品質(zhì)量。若將結(jié)晶析出的碳酸鈉用于化學(xué)除油，則不僅節(jié)省資源，而且可循環(huán)利用碳酸鈉。電鍍槽中的碳酸鈉沉積量超過設(shè)定值時(shí)，感應(yīng)器發(fā)出信號(hào)并通過導(dǎo)線傳輸給自動(dòng)報(bào)警裝置，自動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)提醒碳酸鈉沉積量超標(biāo)，從而保證鍍液處于最佳工藝范圍[7]。

圖5 碳酸鈉沉積量測(cè)定裝置Figure 5 Device for measuring deposition amount of sodium carbonate

1.6 防滲漏裝置(見圖6)

新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽的母槽與子槽構(gòu)成封閉循環(huán)，在不斷循環(huán)中電鍍液成分和液面保持穩(wěn)定，但這種槽體結(jié)構(gòu)易發(fā)生滲漏，造成鍍液浪費(fèi)，污染環(huán)境，甚至發(fā)生安全事故。當(dāng)電鍍槽與鍍液母槽構(gòu)成的封閉循環(huán)發(fā)生滲漏時(shí)，感應(yīng)器感受液面變化發(fā)出信號(hào)，信號(hào)通過導(dǎo)線傳輸給自動(dòng)報(bào)警裝置，自動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，提醒鍍槽系統(tǒng)滲漏，及時(shí)進(jìn)行處理，防止鍍液溢出。保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，也降低了事故發(fā)生率[8]。

2 結(jié)語

該新型鋼帶連續(xù)鍍銅槽搭載的廢氣回收裝置、液面自動(dòng)報(bào)警裝置、觀察窗、整流器顯示屏、電鍍槽槽體、防滲漏裝置、碳酸鈉沉積量測(cè)定裝置，使得鋼帶連續(xù)鍍銅生產(chǎn)過程更加安全可靠、節(jié)能環(huán)保。該新型電鍍槽已在山東省東營(yíng)市利津縣幫迪金屬制品有限公司投入使用，運(yùn)行效果良好。

圖6 鍍液防滲漏裝置Figure 3 Device for seepage prevention of plating bath

[1]翟樹民.鋼帶連續(xù)氰化物鍍銅工藝幾個(gè)問題的研究[J].電鍍與精飾,2011,33 (10):31-32.

[2]張?jiān)收\(chéng),胡如南,向榮.電鍍手冊(cè)[M].3 版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2007:203-207.

[3]胡鴻,易燦楠,廖可兵.電鍍槽行進(jìn)掛件有害氣體揮發(fā)控制方案與應(yīng)用研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2011,7 (4):152-155.

[4]東營(yíng)幫迪金屬制品有限公司.一種鋼帶連續(xù)鍍銅的氣體凈化裝置:CN,202945346 [P].2013–05–22.

[5]山東建筑大學(xué).一種鋼帶鍍銅電鍍槽液面自動(dòng)報(bào)警裝置:CN,203295648 [P].2013–11–20.

[6]山東建筑大學(xué),東營(yíng)力幫化學(xué)制品有限公司,濟(jì)南世紀(jì)金聲科技有限公司.一種鋼帶連續(xù)鍍銅的電鍍槽:CN,202175729 [P].2012–03–28.

[7]山東建筑大學(xué).一種堿性鍍鋅碳酸鈉沉積量自動(dòng)報(bào)警裝置:CN,203295633 [P].2013–11–20.

[8]山東建筑大學(xué).一種鋼帶鍍銅鍍槽防滲漏裝置:CN,203295645 [P].2013–11–20.