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湿法纺丝 不锈钢鹅颈管 阳极保护

编辑:东莞市雄达五金软管有限公司时间:2018-04-16

1 引 言维尼纶湿法纺丝生产设备中的鹅颈管采用的是 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢材质 ,管内输送 PVA原液(98°C,2 0 0 k Pa)到喷丝头进行纺丝 ,部分管外壁同喷丝头一起浸在凝固液 (45°C,1 0 0 k Pa)中。福建、兰州、石家庄等几家维尼纶厂在停产大检修中 ,发现鹅颈管不同程度地存在腐蚀现象 [1,2 ] ,严重的甚至腐蚀穿孔报废。本文针对这种腐蚀现象进行电化学保护研究。2 实 验2 .1 实验仪器实验室和纺丝生产现场分别采用 HDV- 7和KKG- 3L恒电位极化源 ,盐桥过渡的饱和甘汞电极作参比电极 ,直流数字电压表测量极化电位。2 .2 实验试样将福建维尼纶厂纺丝生产设备的 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管 ,加工成 0 .2 cm2 的圆柱体 ,锡焊引出导线 ,用环氧树脂填注涂封 ,工作面经 1 0 0 0 #4/0金相砂纸打磨至镜面 ,无水乙醇脱脂 ,洁净处理后置于干燥器内待用。2 .3 实验溶液(1 )凝固液的组分及工艺条件 :Na2 SO4 (41 6±4) g/L,Zn SO4 (3.0± 0 .5) g/L,Fe2 +<53mg/L,Cu2 +<1 3~ 2 0 mg/L,Cl-<2 4 0 mg/L,透明度≥ 90 ,温度 45± 1°C,1 0 0 k Pa。(2 ) PVA原液的组分及工艺条件 :PVA1 6±0 .3% ,Na Ac0 .2 4± 1 % ,其余为去离子水 ,温度 98± 1°C,2 0 0 k Pa。(3)实验室测试所用的凝固液是石家庄纺丝生产液 ,而 PVA原液是按照组分用分析纯试剂和蒸馏水配制而成的。纺丝现场的实验溶液均是石家庄纺丝生产用的凝固液和 PVA原液。3 结果与讨论3.1 不锈钢鹅颈管腐蚀原因(1 ) 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管是同喷丝头组合在一起的湿法纺丝设备之一。喷丝头还有喷丝金板 (Pt30 %、Au70 % )和分配板、扇形板、蒸板、底座等四种不同规格型号不锈钢组合件 [2 ,3] 。它们在湿法纺丝生产液中 ,有不同的自腐蚀电位和组合整体 (统称喷丝头 )的混合电位。表 1、2是在未采用恒电位极化技术的湿法纺丝生产过程中 ,测量大量的喷丝头和喷丝头组合件在 45°C凝固液中的自腐蚀电位。表 1  (福建维尼纶厂 )喷丝头在凝固液中的自腐蚀电位 (vs.SCE)电位区间 ,m V该电位区间喷丝头个数占喷丝头总数 ,%5 0~ 10 0 43 3510 0~ 14 0 43 3515 0~ 180 36 30表 2  (福建维尼纶厂 )喷丝头组合件在凝固液中的自腐蚀电位 (vs.SCE)名称分配板扇形板蒸板底座金板鹅颈管电位 ,m V 2 0 16 0 170 70 110 -73结果表明 :各喷丝头和它的组合件 ,由于材质、加工工艺 ,溶液组分等差异 ,自腐蚀电位差别很大 ,通常高达 1 80 m V[3 ] ,有的厂家甚至达到 2 50 m V以上 [4 ]。无疑的 ,组合后不锈钢鹅颈管电位也同样高达2 50 m V以上。(福建 50~ 1 80 m V,兰州 44~ 1 66m V,石家庄 1 70~ 2 52 m V) ,鹅颈管从自腐蚀电位- 73m V电偶极化到 2 50 m V,造成了不锈钢鹅颈管腐蚀。(2 )表 3分别是兰州维尼厂和石家庄维尼纶厂纺丝生产线在恒电位极化断电后 ,测定喷丝头 (鹅颈管 )电位随时间变化的数值。结果表明 :恒电位极化断电后几个小时 ,鹅颈管随同喷丝头一起 ,电位从0 m V左右正移到 2 0 0 m V左右 ,致使鹅颈管遭受腐蚀的威胁。表 3 恒电位极化断电后喷丝头 (鹅颈管 )电位随时间变化 (m V)类别 纺丝锭号1#2 #3#4 #5 #6 #兰恒电位极化 0 0 5 --8-3州断电 5 min 7773 79-6 86 8断电 2 h 15 715 6 15 1-15 6 15 6断电 4h 16 6 16 815 8-15 915 6石恒电位极化 0 -1-15 3 -1家断电 5 min 5 96 0 5 86 3 6 0 5 5庄断电 2 h 83 8482 113 110 10 0断电 4h 90 898713413112 3断电 8h 15 815 6 15 0 2 182 15 2 103.2 不锈钢鹅颈管的电化学极化行为(1 )图 1是 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管在石家庄维尼纶厂纺丝凝固液中的极化曲线。实验结果表明 :- 73m V是鹅颈管在 (45°C,1 0 0 k Pa)敞开体系的凝固液中的自腐蚀电位。在 - 1 0 0~ 50 m V电位区间 ,其腐蚀电流很小。阳极极化过程中 ,在 - 73~ -1 0 m V电位区间 ,其腐蚀电流趋近于零。而对不锈钢喷丝头电偶极化到 2 0 0~ 2 50 m V时 ,其腐蚀电流为2 5~ 37μA/cm2 。图 1  1Cr18Ni9Ti不锈钢鹅颈管在石家庄维尼纶厂纺丝凝固液中的极化曲线   (2 )图 2结果表明 :- 350 m V是鹅颈管在纺丝PVA原液中的自腐蚀电位。在 - 50 0~ 1 0 0 m V电位区间 ,其腐蚀电流很小。在 - 350~ 60 m V电位区间的阳极极化过程中 ,其腐蚀电流密度在 0~ 3μA/cm2之间 ,表现最小的腐蚀电流。图 2  1Cr18Ni9Ti不锈钢鹅颈管在15 .8% PVA+ 0 .2 4% Na Ac+蒸馏水的溶液(实验室配制的 PVA原液 )中的极化曲线   (3)在维尼纶湿法纺丝生产过程中 ,为了解决喷丝头更换率高而造成废品率高的难题 ,全国几家维尼纶厂采用了中国科学院福建物质结构研究所二部和福建维尼纶厂合作研究的科研成果 ,用 KKG-3L 恒电位极化源 ,将喷丝头电位控制在 1 0~ -50 m V 区间 [3] (福建 0~ - 2 0 m V,兰州 - 8~- 1 8m V,石家庄 - 1 5~ 1 0 m V)。为了探讨鹅颈管的管内外在这电位区间被极化的情况 ,按图 3装置 ,在图 3 在纺丝生产中监测鹅颈管的管内外壁极化电位的装置图石家庄维尼纶厂纺丝生产现场监测了鹅颈管的管内外壁的电极电位 (见表 4)。实验结果表明 :鹅颈管的管内外壁被极化的电极电位成线性关系 (见图 4)。管外壁 1 0~ - 50 m V,管内壁 7~ - 2 8m V均在腐蚀电流最小的电位区间 (见图 1、2 )。表 4  (石家庄维尼纶厂 ) 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管的内外壁相对应的极化电位 (m V)管外壁 *管内壁 * *管外壁管内壁-70 -4 10 0 .3-5 0 -2 810 7-4 0 -2 5 1812-30 -2 0 30 18-2 0 -12 412 8-10 -4 .96 3 42 注 :*介质为凝固液 ,45°C,常压  * *介质为 PVA原液 ,98°C,2大气压4 结 论(1 ) 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管的腐蚀主要是图 4  (石家庄维尼纶厂 ) 1Cr18Ni9Ti不锈钢鹅颈管的管内外壁极化电位的线性关系图喷丝头组合件在湿法纺丝生产环境中 ,由电偶极化的电化学行为引起的。(2 ) 1 0~ - 50 m V恒电位极化区间是1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢鹅颈管的管外壁在纺丝凝固液(45°C,1 0 0 k Pa)中的阳极钝化区 ;管内壁相对应被极化 7~ - 2 8m V电位区间是它在纺丝 PVA原液(98°C,2 0 0 k Pa)中的阳极钝化区。即恒电位极化技术在降低喷丝头更换率 ,提高丝的产质量的同时 ,利用阳极保护保护了鹅颈管。湿法纺丝鹅颈管的阳极保护研究@胡肆福$中国科学院福建物质结构研究所二部!厦门361012湿法纺丝;;不锈钢鹅颈管;;阳极保护采用电化学方法研究维尼纶湿法纺丝生产设备中的 1Cr18Ni9Ti不锈钢鹅颈管 (输送纺丝 PVA原液到喷丝头 )的管内外壁分别在 PVA原液 (98°C,2 0 0 k Pa)和凝固液 (4 5°C,10 0 k Pa)中的电化学极化行为 ;探讨不锈钢鹅颈管腐蚀现象的原因 ,认识到它是一种电偶腐蚀的行为。结果表明 :恒电位 (10~ - 5 0 m V,vs.SCE)极化技术在降低喷丝头更换率 ,提高丝的产、质量的同时 ,不锈钢鹅颈管得到了保护。

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