不锈钢培训知识-酸洗知识

酸洗知识简介从热轧厂运送过来的热轧带钢卷，是在高温下进行轧制和卷取的，带钢表面在该条件下生成的氧化铁皮，能够很牢固地覆盖在带钢的表面上，并掩盖着带钢表面的缺陷。若将这些带着氧化铁皮的带钢直接送到冷轧机去轧制，则：清除带钢表面氧化铁皮及切掉有缺陷部分的带钢，这一工序通常由酸洗机组来完成。在冶金厂，带钢酸洗设备目前有3种型式，即半连续酸洗机组、连续卧式酸洗机组和连续塔式酸洗机组。酸洗的目的其一，在大的压下量的条件下进行轧制，会将氧化铁皮压入带钢的基体，影响冷轧板的表面质量及加工性能，甚至造成废品；其二，氧化铁皮破碎后进入冷却润滑轧辊的乳化液系统，损坏了循环设备，缩短了乳化液的使用寿命；其三，损坏了表面粗糙度很低、价格昂贵的冷轧辊。因此，带钢在冷轧之前，必须清除其表面氧化铁皮，除掉有缺陷的带钢。1.酸洗的目的6-圆盘剪；7－碎边剪；8－侧刀式剪断机；9－张紧装置；10卷取机半连续酸洗机组也称推拉式酸洗机组。它的工艺操作过程是:带钢板卷经过开卷机开卷之后,随之进入矫直机矫直带钢,以保证带钢顺利通过机组,被矫直的带钢经酸洗槽内的酸液除掉其表面的氧化铁皮;随后进入清洗槽,以除去带钢自酸槽中带出的酸液,再经热风烘干装置将其表面烘干,最后经切过切边、切掉头尾舌头并卷取成钢卷。1.1半连续酸洗机组1.1半连续酸洗机组一般推拉式酸洗机组的头部没有铡刀式剪断机，这是因为热轧带钢的前端“舌头”能很顺利地通过机组。但在每个酸槽内和酸槽之间安装有传动的拉料辊，拉料辊的辊缝可调，以便带钢端能被较准确地引入拉料辊。如果半连续酸洗机组同时酸洗两条以上带钢，那么在酸槽内还将设有带钢导向槽，以保证几条带钢在酸槽中能平行的正常运行。推拉式酸洗机组由于它没有头部的剪切机、除鳞机（或拉矫机）、焊接机、活套车（或活套坑）等设备，而且输送辊道和拉料辊的数目也比连续酸洗机组少得多，机组的机械设备压缩到了最低限度，因此它的造价比较便宜。同连续酸洗机组比较，半连续酸洗机组设备的简化，大大地缩短了机组的长度，减少了占地面积，提高了机组的生产率，并简化了操作，同时生产的带钢品种也较多。因此推拉式酸洗机组也在一定程度上得到推广。推拉式酸洗机组的主要缺点是不能并卷，最近陆续兴建的热连轧机，所生产的热轧板重量可达15~40吨，冷轧之前不再需要并卷，在此条件下，当冷轧厂的生产能力不大或中等时，可以采用推拉式酸洗机组。1.2连续卧式酸洗机组这种酸洗机组所以被称为连续的，是因为带钢连续地通过盛有酸溶液的酸洗槽。为了使全过程连续，将后一卷带钢的端头与前一卷带钢的尾部焊接起来，再从酸洗槽通过，待带钢卷到一定重量，切断带钢，并把卷成的带钢卷卸下。连续酸洗机组根据工作性质可分为3部分或称3段。其中，上料、拆卷、破碎带钢表面氧化铁皮、矫直、切头切尾、焊接、光整为原料准备段；拉矫、酸洗、漂洗、烘干为酸洗工艺段；剪边、涂油、卷取及卸下带钢卷为酸洗成品段。连续酸洗机组的3段，也可按照带钢的运行方向，称之为头部、中部、尾部。由于机组各段工作性质的特殊性和工作速度上的差异，所以要将这3段紧密地联系起来，实际上是不可能的。为了保证各段工作的独立性，满足酸洗段的连续运行，特在机组每两段之间各设立一个活套车，以储备一定数量的带钢。带钢的储量是不固定的，在准备带钢（上料），卸下带钢卷（卸料）及生产的期间内，储备量会增大或减少。被送到机组的带钢卷，经带有弯曲辊、给料装置和五辊矫直机的开卷机将带钢端头拆开、矫直并被送入铡刀剪切掉头尾，再将切完头尾的带钢送入闪光对焊机，将前后两条带钢的端头焊接起来，焊接处的焊缝通过焊机自身的光整机（拉刀）进行光整。然后拉料辊将带钢送入头部活套车（坑）中贮存，以备酸洗工艺段生产。贮存在头部活套内的带钢由拉料辊拉出，并被连续地送入酸洗槽进行酸洗。酸洗后清除掉氧化铁皮的钢板在漂洗槽中经高压水冲洗、毛刷刷洗除去带钢自酸洗槽中带出的残酸，再进入烘干装置将带钢表面烘干，尔后经拉料辊将带钢送入尾部活套之中。贮存在尾部活套内的带钢经拉料辊拉出，然后送入圆盘剪进行剪边。被剪下来的毛边用圆盘剪下方的碎边剪剪碎，装箱集中运走。剪边的带钢经涂油机涂油之后，最后由浮动式张力卷取机将带钢卷成钢卷。当钢板卷到规定重量时，则使用尾部的剪切机将带钢切断。被切断的带钢卷好之后，经打捆，并用步进式或链式运输机送入轧钢工段，以进行冷轧生产。1.3连续塔式酸洗机组连续塔式酸洗机组，就是带钢连续在立式的塔中运得时，将热的盐酸溶液喷射到带钢表面上，以去除带钢表面氧化铁皮的酸洗方法。带钢在塔内由下而上，然后再由上而下运行一个来回，或几个来回，形成所谓的单套或多套连续塔式酸洗。塔式酸洗机组的头部设备和尾部设备的组成和参数，一般与卧式酸洗机组没有什么区别。在机组中部有酸洗段、清洗段和干燥段。酸洗段有单套塔、双套塔和多套塔等型式，一般采用单套酸洗塔或双套酸洗塔，单套塔允许高度较高，双套塔一般都在30m以下。下图所示为典型的单套盐酸塔式酸洗机组。开卷机矫直机剪机焊机送料辊入口活套装置清洗装置塔架酸洗塔中和装置烘干装置送料辊剪机涂油装置卷取机酸洗塔像一个塔井，它由几个塔节组成，塔节用工程塑料或者玻璃钢制成，塔顶上有塑料或玻璃钢盖。在单套塔中，为使被酸洗的带钢能垂直运动，在塔的上部装有一个衬胶的导辊，下部则有两个导辊。在塔的3～5节上装有带孔的管道，酸液从孔内喷射到带钢表面上。塔的下部与酸槽连在一起，酸液从带钢上流入槽内，收集槽同样是用工程塑料或玻璃钢制成。在带钢的入口处或出口处，设有吹风装置，用以清扫表面残酸或防止落下的酸液向塔外飞溅。塔内由抽风机造成负压，以保证塔体具有良好的密封性能，不使酸雾外溢。实验证明，在酸液参数相同的条件下，喷射酸洗要比浸泡酸洗缩短一半的时间，而且喷射到带钢表面上酸液压力越大，酸洗效果好。塔式连续酸洗机组也有一系列的缺点：1、中部有一个高高的酸洗塔，桥式吊车无法通过，使中部的一些设备和塔本身维修不太方便。2、塔内带钢的对中比较复杂，尤其是有镰刀弯的带钢，而且塔越高对镰刀弯的要求也越高；3、带钢在塔内断带时，重新穿带比较困难；4、带钢在较高的塔内运行时，往往会产生较大的摆动，有时还会打坏喷酸的喷嘴。1.4酸洗机组的选型酸洗机组的选型，要根据具体的条件来确定。当机组生产的带钢品种较多，而生产能力不太大时，建议选择推拉式酸洗较好，因为推拉式酸洗机组设备费用较低、造价便宜、占地面积小、操作简化，在热轧带钢卷重量15～30t时，年产可望达50～60万t。当要求机组年产达到100～200万t时，那么最佳选择是连续卧式酸洗机组。至于塔式连续酸洗机组，在60年代，欧美许多公司曾新建或改造了约十多条塔式酸洗机组生产线，但由于70年代以来高效率卧式酸洗机组的建设已不成问题，再加上塔式酸洗机组一些较大的缺点，所以，后来，该类型机组的建设就很少了。总之，建设酸洗机组要根据具体的条件及具体的经济核算来确定。一确认为，所处理带钢的厚度和宽度对于酸洗机组型式选择没有多大的影响。2.带钢表面的氧化铁皮氧化铁皮是金属在加热、热处理或在热状态进行加工时形成的一层附着在金属表面上的金属氧化物。由于金属的成分、表面温度、加热和冷却制度、周围介质含氧量等因素的不同，氧化铁皮的成分与结构也因之而异。一般来说，金属的化学性质越活泼，温度越高，金属的氧化速度就越快。氧化时间长，则形成的氧化铁皮厚度就越大，金属的氧化速度就越大。铁是一种比较活泼的金属，各种铁的氧化物，结构也较为疏松，而钢材的轧制及钢铁制品的加工，多半都是在较高的温度下进行的，因此加快了钢材的氧化速度，促进了钢材表面氧化铁皮的形成。由于热轧带钢的化学成分、轧制温度、轧制后的冷却速度及卷取温度的不同，所以带钢表面上所生成的氧化铁皮的结构、厚度、性质亦有所不同，具体地分析、研究这些特征，对于有效地清除氧化铁皮和控制氧化铁皮的生成都是有利的。2.1带钢表面氧化铁皮的形成轧件经粗轧后沿辊道向热连轧轧机运行时，温度为100℃左右，这时在轧件表面上已生成了一层薄的氧化铁皮，而轧前水力清除机可将它们清除掉。当轧件在连轧机上轧制时，板坯在各机架轧机间暴露的时间极短，而且大的压下阻碍了带钢表面上形成厚的氧化铁皮，而所形成的氧化薄膜立即被破坏并受到水的冲洗，因此，可以说刚刚从成品机架出来的带钢，虽然温度有780～850℃的较高温度，但带钢表面的氧化铁皮是极薄的。带钢从成品机架出来后，进入喷水装置，而后卷成带钢卷并缓慢冷却，就是在这段时间里，带钢表面被氧化而生成氧化铁皮。带钢表面氧化铁皮的形成从热轧出来的带钢表面，铁原子首先与空气中的氧原子结合形成第一层氧化物，这层氧化物可能是致密的Fe30４或者可能是比较疏松的Fe203。在第一种情况下，氧化铁皮的进一步增长过程可能只靠氧和铁的离子扩散来进行的；在第二种情况下，空气中的氧可自由地通过多孔、疏松地氧化铁皮，而使氧化铁皮加厚和致密化。无论上述那种情况，最终结果就是形成了我们通常所见到的带钢表面的氧化铁皮。当然，带钢表面上生成了一层氧化铁皮以后，氧和铁的离子扩散也受到了一定的阻碍，而且，氧化铁皮越厚，离子扩散受到的阻碍就越大，生成氧化铁皮的速度也越慢。因此，氧化铁皮的长大速度是不均匀的，即开始氧化铁皮的厚度增加越快，之后氧化铁皮厚度的增加随着氧化铁皮的厚度增大而越来越慢。事实上，在高温情况下，氧化铁皮形成的特别强烈，当温度低于600℃时，氧化铁皮的形成实际上已经停止。2.2氧化铁皮的组成和结构带钢表面的氧化铁皮，由于钢的化学成分、轧制时带钢表面温度、轧制时的加热及终轧温度、冷却速度、周围介质的含氧量的不同，因此氧化铁皮的组成和结构也因之而异。铁氧系的热力分析证明，铁的氧化过程是Fe－FeO(含氧量23.26％)－Fe304(含氧量27.64％)－Fe203（含氧量30.04％），热力分析同样证明在氧化过程中可以产生许多独立的相。这些相分别为铁氧化物固溶体、富氏体（接近FeO）、Fe304、Fe203及氧化物固溶体。在铁氧状态曲线图中可以看出，各相在平衡状态下的稳定界限，还可以看出在温度大于575℃时，富氏体是稳定的，在温度较低时分解为磁性氧化铁和金属铁。右图为氧化铁皮速度与温度关系图，可以看出，在480℃时这种反应速度最高，当速度小于300℃时反应速度接近于零。从氧化铁皮转化速度与温度关系图可以看出，在480℃时这种转化反应速度最高，当温度小于300℃时反应速度接近于零。如果氧化铁皮在570～300℃之间急速冷却，那么富氏体相来不及分解，在更低的温度时就被固定下来。缓冷时铁皮中富氏体相只是少量存在或者完全没有。当加热大于1100℃，特别是含氧量有限、水蒸气或者碳的氧化物含量较高的情况下，Fe２03将还原成Fe304，即6Fe2034Fe304＋02。2.2氧化铁皮的组成和结构带钢经高温处理后，在其表面产生的氧化铁皮是各种相的混合体。如果钢板表面氧化时温度570℃时并有过量氧气，而随后又是相当快的冷却，则一般氧化铁皮将由3层组成，直接附着在钢铁表面的一层是富氏体(Fe0和Fe304的固溶体)，再上面一层是Fe304，最上面一层是Fe203。由于热轧碳素结构钢的终轧温度一般控制在870℃左右，周围介质含有大量的氧气，随后又是相当快的冷却速度，所以其氧化铁皮一般都是上述三层结构。通常钢铁中除了铁原子之外，还含有其它元素的原子。如硅钢中含有相当多的硅原子，不锈钢和耐热钢中含有很多铬原子和镍原子，即使是普通的碳素结构钢中，也含有少量的碳、硅、锰、磷、硫等元素的原子。在此情况下，扩散的就不止是铁离子，其它元素的离子也会同时扩散。这些元素的离子，都能与之氧化合成氧化物。因此氧化铁皮中除了铁的氧化物之外，还含有部分其它元素的氧化物。例如，从含有15—16％铬的不锈钢氧化膜的光谱分析可知，氧化膜含有23.1％的FeO，70％的Cr203及2.38％的Si02。2.3影响带钢表面氧化铁皮的因素铁的氧化过程是Fe—FeO—Fe304－Fe203，随温度升高，氧化速度也逐渐增大。在600—800℃的温度范围内，生成的氧化铁皮能够很好的阻碍铁及氧原子的扩散，因而氧化速度反而不再继续增大。当温度