冷轧生产线酸洗工艺

首钢1850冷轧线酸洗工艺目录1、酸洗理论基础（1）酸洗概述（2）酸洗原理（3）影响酸洗的因素（4）紊流酸洗（5）酸洗后序处理—漂洗工艺（6）酸洗引起的带钢缺陷2、首钢1850mm酸洗工艺设计（1）1850mm工艺流程（2）1850mm化学工艺段设计描述（3）1850mm酸洗模型酸洗概述—酸洗定义酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程，通常采用盐酸（HCl），因此也叫化学酸洗。酸洗概述—酸洗目的目的：去除热轧带钢表面的氧化铁皮（铁锈）•轧制时会将氧化铁皮压入带钢基体，影响冷轧板表面质量及加工性能。•氧化铁皮破碎后进入冷却润滑的乳化液系统，损坏设备并缩短乳化液使用寿命。•损坏轧辊。酸洗概述—除磷（氧化铁皮）方法机械除鳞化学除鳞机械—化学联合除鳞砂轮研磨弯曲破鳞喷丸破鳞有酸除鳞无酸除鳞碱洗除鳞电解除鳞喷丸破鳞—酸洗拉矫—酸洗弯曲—酸洗酸洗概述—酸洗种类盐酸酸洗硫酸酸洗氢氟酸酸洗磷酸酸洗混合酸酸洗硝酸酸洗酸洗种类酸洗概述—酸洗技术发展深槽酸洗浅槽酸洗浅槽紊流酸洗早期。酸液深1000～1200mm。70年代中期。酸液深400～1000mm。70年代末期，1983年德国MDS公司开发了紊流酸洗。酸液深小于400mm。酸洗概述—三种酸洗技术的比较参数比较深槽浅槽紊流酸洗时间*，％1008065酸雾量*，％1006060电耗量*，％1007070热传递*，％100200700槽内带钢提升器有必要没必要没必要槽内带钢位置控制不可能准确检测可以准确检测可以准确检测槽内断带事故处理困难，费时容易容易酸洗后带钢表面残留物**，mg/m2带钢300～200150≤50酸洗概述—酸洗机组•按带钢酸洗的过程分类可分为连续卧式酸洗机组、连续塔式酸洗机组和半连续式酸洗机组（它也称推拉式或推式）。酸洗概述—酸洗机组的比较：连续酸洗机组•连续式酸洗机组的工艺特点是钢卷逐卷展开后，钢卷与钢卷之间头尾焊接起来连续地通过酸洗槽。酸洗概述—酸洗机组的比较：推拉式酸洗机组•推拉式酸洗机组酸洗，每根带钢经夹送辊依次咬入，不用焊接，推送向前，直至卷取，逐卷带钢间断地通过酸洗机组。酸洗概述—酸洗机组的优缺点比较比较项目连续推拉设备简单@设备重量轻@厂房高度较低@投资省@组织生产灵活性@酸洗时间短，加热启动快，调节酸液成分快@@重新启动时无需引带@动力剪外还可使用拉剪@改善带钢平直度能力较好@穿带速度高@运行速度高@酸洗原理—氧化铁皮的形成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。酸洗原理—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1000℃左右，这时在轧件表面上已生成了一层薄的氧化铁皮，而轧前高压水除鳞机可将它们清除掉。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，可以说刚刚从精轧末机架出来的带钢，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。带钢从精轧末机架出来后，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。酸洗原理—氧化铁皮的形成结论：带钢表面的氧化铁皮是热轧带钢在终轧后、卷曲时及冷却时产生的。酸洗原理—氧化铁皮的形成在从精轧末机架出来的带钢表面上，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Fe3O4，或者是疏松的FeO。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、疏松的氧化铁皮，而使氧化铁皮加厚和致密化。无论上述哪种情况，最终结果就是形成了我们通常所看到的带钢表面的氧化铁皮。酸洗原理—氧化铁皮的形成FeOFeOFe3O4Fe2O3酸洗原理—氧化铁皮的形成γFe+FeOFeOFeO+Fe3O4Fe3O4+Fe2O3αFe+FeOαFe+Fe3O4含氧量222426283032温度12001000800600400Fe3O4Fe2O3铁氧状态图酸洗原理—氧化铁皮的形成氧化温度对氧化铁皮的影响图温度（摄氏度）7009001100FeOFe3O4Fe2O3体积总分子量FeOFe3O4Fe2O3酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构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。酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构红色氧化皮表面，生成温度570～1100℃带钢基体富氏体FeO磁性体Fe3O4氧化铁Fe2O3酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构红色氧化皮表面，生成温度570～1100℃,但从570℃开始缓冷带钢基体磁性体Fe3O4氧化铁Fe2O3酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构蓝灰色氧化铁皮表面，生成温度大于1100℃带钢基体富氏体FeO磁性体Fe3O4酸洗原理—带钢氧化铁皮组织结构结论：经过一般的热轧和退火后，氧化铁皮由FeO相组成，Fe3O4层仅为氧化铁皮层的4~18%，在许多情况下没有Fe2O3。且氧化铁皮层不分层的，在铁被氧化的同时，体积增大使氧化铁皮层出现裂缝和起皮，从而使生成的氧化铁相互渗透而且是不规则的。酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮影响带钢表面氧化铁皮的因素终轧温度及速度冷却速度卷曲温度轧辊粗糙度酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮•终轧温度和轧制速度温度（摄氏度）4006008001200氧化速度轧制速度氧化时间氧化铁皮厚度卷曲温度FeOFe3O4准确控制轧制速度酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮•冷却速度αFe+Fe3O4αFe+FeOFe3O4+Fe2O3FeO+Fe3O4FeOγFe+FeO含氧量222426283032温度12001000800600400Fe3O4Fe2O3铁氧状态图氧化温度对氧化铁皮的影响图温度（摄氏度）7009001100FeOFe3O4Fe2O3体积总分子量FeOFe3O4Fe2O3酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮•卷曲温度氧化温度对氧化铁皮的影响图温度（摄氏度）7009001100FeOFe3O4Fe2O3体积总分子量FeOFe3O4Fe2O3酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮•轧辊粗糙度酸洗原理—有利于酸洗的氧化铁皮结论：对酸洗有利影响的带钢应满足低的终轧温度和较高的轧制速度低的卷曲温度较高的冷却速度光滑的轧辊酸洗原理—带钢表面氧化铁皮的可酸洗性所用酸液因素氧化铁皮因素外部拉矫因素酸洗可能性酸洗原理—酸洗机理•溶解作用：氧化铁皮与酸发生化学反应而被溶解。•机械剥离作用：金属铁与酸作用生成氢气，机械地剥离氧化铁皮。•还原作用：生成的原子氢使铁的氧化物还原成易于酸作用的亚铁氧化物，然后再与酸作用而被除去。酸洗原理—酸洗机理Fe2O3+H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O溶解作用FeO+H2SO4→FeSO4+H2OFe2O3+HCl→FeCl3+H2OFe3O4+HCl→FeCl3+FeCl2+H2OFe3O4+H2SO4→Fe2(SO4)3+FeSO4+H2O反应能力FeO+HCl→FeCl2+H2OFe+HCl→FeCl2+H2反应能力Fe+H2SO4→FeSO4+H2酸洗原理—酸洗机理机械剥离作用Fe2O3Fe3O4FeO基铁Fe+HCl→FeCl2+H2(占33%)Fe+H2SO4→FeSO4+H2(占78%)酸洗原理—酸洗机理还原作用Fe2O3Fe3O4FeO基铁Fe+HCl→FeCl2+H2Fe2O3+H→FeO+H2OFe3O4+H→FeO+H2OFeCl3+H→FeCl2+HClHH2影响酸洗的因素•材料物理性因素•工艺因素影响酸洗的因素影响酸洗的因素材料性因素工艺因素氧化铁皮组成氧化铁皮厚度钢铁成份及合金组成冷却工艺带钢厚度酸液种类紊流因素机械拉矫酸液中铁盐含量酸液浓度酸液温度影响酸洗的因素氧化铁皮组成结构及厚度酸洗时间（标准单位）01020302015105氧化铁皮厚度，μm95%Fe3O4,5%Fe2O390%FeO,8%Fe3O4,2%Fe2O3870890910930酸洗时间氧化铁皮厚度1513119酸洗时间（标准单位）131197氧化铁皮厚度μm影响酸洗的因素钢铁成份及合金组成使致密使疏松Mg、CaSiO2、尖晶石结构Cr2O3·FeO（不锈钢）AlC影响酸洗的因素带钢厚度带钢冷却工艺氧化铁皮带钢厚度及冷却工艺影响酸洗的因素酸液种类酸液种类比较项目盐酸硫酸1.溶解氧化物的能力快慢2.浓度提高时，去除氧化物机理主要靠溶解主要靠机械剥离3.提高酸洗效率途径提高浓度显著提高温度显著4.对带钢基体溶解的能力小大5.洗完好带钢表面的质量好差结论——总体来说，酸洗效果：盐酸硫酸影响酸洗的因素酸液温度、浓度（以盐酸为例）•提高酸液的浓度和温度也同样能够增加酸洗速度。如前所述，在盐酸酸洗中，浓度对酸洗速度的影响大于温度对酸洗速度的影响。例如，当酸浓度从2%增大至经25%时，盐酸酸洗的速度增加约10倍。当温度自18℃升高至60℃时，盐酸酸洗速度提高9～10倍。浓度温度酸洗时间影响酸洗的因素酸液铁盐偏含量•酸含量增加和温度升高时，酸洗时间可减少，且随着FeCl2含量的增加，酸洗时间急剧减少到最小，此时FeCl2的浓度比饱和浓度低4%～8%。以后，酸洗时间又急剧增加，一直到FeC12达到饱和，酸洗时间最长。酸溶液温度越低，酸洗时间的最小值也就越明显。最短的酸洗时间是在FeCl2最佳含量的情况下得到的，即FeCl2的浓度低于饱和浓度4～8%。FeCl2含量酸洗时间某浓度酸液在一定温度下，酸洗时间随铁盐含量的变化曲线影响酸洗的因素机械拉矫影响•带钢经拉伸矫直机反复弯曲变形后，由于氧化铁皮与基铁的塑性不同，氧化铁皮将会不同程度地从带钢表面上剥落下来或产生裂缝，因此，破鳞将能明显地增加酸洗速度。实验指出，用硫酸酸洗时，采用破鳞机可减少10%～50%的酸洗时间。影响酸洗的因素紊流影响因素•在连续酸洗机组中，酸槽内的酸溶液不仅受酸槽结构和喷头压力的影响，还受到在酸溶液中运动的带钢和酸洗时生成的氢气所搅动。因此，凝聚在带钢表面上的蒸气及附着在表面上的氢气泡会被及时除掉，也会使钢材附近的酸溶液不断更新，酸液成分保持均匀，同时也能更好地让酸与带钢表面接触，这样可以使酸洗过程进行得更快更好，从而提高了酸洗速度。影响酸洗的因素其它•最后应当指出的是，一些含碳量较高强度较大的中、高碳钢，为了便于轧制，在酸洗之前都要进行退火处理（初退火）。这些经过初退火的带钢，长时间（大约24小时）在高温（约780℃）下加热，使得钢板表面的氧化膜加厚，加之钢中的硅、铬等元素的原子在高温下较多地从钢板内部向外扩散并与钢板表面的氧原子结成难溶的氧化物，从而增加了酸洗的困难。为了除去这些初退火后带钢表面生成的氧化铁皮，就必须增加酸的浓度、延长酸洗时间或采用混合酸酸洗（如硫酸、酸洗时加入食盐，形成硫酸和盐酸的混合酸）。紊流酸洗引言•热轧带钢的表面铁鳞与酸液的化学反应速度受多方面因素的影响，如酸液的浓度和温度、钢板表面温度等，不可能无限制的提高。但另一方面，在实用的范围内，通过提高酸洗速度，达到促进扩散，使钢板表面温度迅速达到酸液的温度，这样就必须加快钢板表面的物质传递，即酸和化学反应物的扩散，改善传导率。其方法就是使酸液在带钢表面形成高速紊流，促进物质传递，达到使钢板表面急速升温的目的，从而大大缩短酸洗时间。紊流酸洗形成紊流的条件工艺结构带钢带钢速度V酸液喷头压力酸液流动酸液喷头压力+紊流酸洗工艺影响方面带钢速度喷头压力酸液流动紊流效果紊流酸洗酸洗槽结构影响方面•紊流酸洗槽由具有特殊几何形状的水平通道组成。为获得紊流，对通道的轮廓是有要求的，一般把酸洗槽制成扁管形，管内充满酸液，“管”的高度只有150mm左右，因此内充液量也较少。几个槽子形成一定长度的酸洗槽，应用了浸渍式的内盖，以保证带钢上表面的氧化铁皮能较好的溶解，大大节约了能源和减少酸雾量。在循环泵作用下酸液能快速循环，强化酸液的紊流，从而强化了酸液和带钢之间的传热传质