紊流酸洗影响因素分析

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酸洗的原料是热轧带钢卷，其是在高温下轧制卷取的，在该条件下，带钢表面生成氧化铁皮。在进入冷轧或酸洗产品再加工之前，必须将带钢表面的氧化铁皮除去。
    1 盐酸紊流酸洗简介
    盐酸作为一种酸洗液，与硫酸酸洗液相比有很多优点，即酸洗速度高、表面质量好、酸耗低（盐酸与铁反应很慢）、酸能再生、产生废液少（酸洗时反应更充分）、缓蚀剂不影响酸洗过程。
    酸洗盐酸是由酸再生提供的浓度为200g/l的盐酸。HCl溶解带钢表面亚铁和三价铁的氧化物，使之成为可溶于酸液的FeCl2。因此，酸洗液是都可溶于水的HCl和FeCl2盐的混合物。酸洗质量的好坏是由两种电解液的浓度决定的。为了达到更好地酸洗效果，希望HCl的浓度很高，FeCl2的浓度很低。
    紊流酸洗技术为了提高质量和热转换系数考虑了正确的流体力学特性，从而提高了酸洗性能，减少酸洗时间。在紊流的概念中，处于相界的酸会产生大的紊流。酸以很高的动能喷射到进入酸槽的带钢（高速运动）上下表面，形成大的液相紊流，导致高的质量和热量传送比。从而减少酸洗时间，提高了酸洗效率。
    2 影响酸洗的因素
    2.1氧化铁皮厚度及结构的影响
    酸洗过程就是去掉带钢表面氧化铁皮的过程。因此，酸洗时间主要取决于氧化铁皮的结构和厚度。带钢表面的氧化铁皮，由于热轧钢的化学成分、轧制时带钢表面温度、轧制时的加热及终轧温度、冷却速度、周围介质的含氧量不同，氧化铁皮的组成和结构也不相同。根据铁氧状态图可以看出，各相氧化铁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。
    铁的氧化过程是Fe→FeO→Fe3O4→Fe2O3，随温度的升高，氧化速度也逐渐增大。根据钢的氧化速度与温度的关系可知，在600～800℃的温度范围内，生产的氧化铁皮能够很好的阻碍铁及氧原子的扩散，因而氧化速度不再增大，当温度超过800℃时，氧化铁皮阻碍扩散的能力大大降低，因而氧化速度加快。所以为了减少氧化铁皮的厚度，热轧带钢应在尽可能低的温度和高的轧制速度下进行。而从氧化铁皮的结构来看，终轧温度在700～900℃范围内，符合最佳酸洗时间的氧化铁皮。终轧温度在700～900℃之间时，形成的氧化铁皮含80%～90%的FeO和10%～20%的Fe3O4。当温度大于900℃时，铁迅速被氧化，表面形成单独的一层Fe2O3。
    根据研究表明，终轧温度应该在850℃，而卷取温度在550～590℃时，带钢上氧化铁皮最薄，其中富氏体层较厚，富氏体转化最少，出现Fe2O3的可能性最小，因而这氧化铁皮最容易酸洗。
    2.2酸液的浓度和温度影响
    在盐酸酸洗中，提高酸液的浓度和温度能够增加酸洗的速度。但过高的酸洗液浓度和温度会增加盐酸的挥发性，而且根据实验研究，表明最佳的酸洗盐酸浓度应该在20%左右，最佳的酸洗温度在70℃左右。
    2.3酸溶液喷射量的影响
    紊流酸洗是把加热的酸液通过酸循环泵打入酸洗槽，由入口喷射、出口喷射、中间喷射与特制的酸洗槽盖和带钢速度形成紊流。酸液受到酸液中运动的带钢和酸洗时产生的氢气所搅动。虽然提高酸液的浓度和温度可以增加酸洗速度，但酸液的浓度和温度受成本和实用性等的限制，不可能无限制的提高。所以在实际生产中，可以通过提高酸液的流速，促进物质传递，提高带钢表面温度，再加上紊流，带钢表面接触的酸液不断更新，促使氧化铁皮与酸的反应速度加快，缩短酸洗时间。
    2.4酸液中铁盐含量的影响
    盐酸紊流酸洗生成的主要是氯化亚铁，当酸含量增加和温度升高时酸洗时间减少，且随着FeCl2含量的增加，酸洗时间急剧减少到最小，此时FeCl2的浓度比饱和度低4%～8%。以后，酸洗时间又急剧的增加，一直到FeCl2达到饱和，酸洗时间最长。酸溶液的温度越低，酸洗时间的最小值越明显。最短的酸洗时间是在FeCl2含量最佳的情况下得到的，即FeCl2的浓度低于饱和浓度4%～8%。
    最佳的酸洗时间曲线非常接近饱和线，如果在这个区域内微小的改变一下溶液成分，酸洗时间就会发生明显的变化，即这个过程是不稳定的，必须准确的控制这个区域的酸液成分。但这在实际生产中是比较困难的，因此在酸洗生产过程中不采用FeCl2的浓度接近饱和状态的酸液。特别是当盐酸浓度大于20%时，FeCl2很容易达到饱和状态，所以盐酸的浓度一般都不超过20%。唐钢2号酸洗线使用的再生酸浓度控制在18.33%左右。
    2.5钢的成分影响
    由于钢中除了铁原子之外，还含有其他元素的原子。在这些元素中有些能使氧化铁皮变疏松（如镁、钙等），酸溶液很容易渗入到氧化铁皮的内部与富氏体的氧化铁和基体铁接触，酸洗比较容易。还有些元素会使氧化铁皮变得致密，酸洗变得比较困难，可能完全不适合使用普通酸洗。例如，硅钢的氧化铁皮中含有SiO2、不锈钢氧化铁皮中含有Cr2O3.FeO，这些都是很难酸洗的。另外，虽然含铝的钢使生产的氧化铁皮比较致密，但由于生产的铝的氧化物能溶于酸中，所以含铝的带钢也比较容易酸洗。
    2.6使用破磷机对酸洗的影响
    带钢酸洗前之所以使用破磷机，其一是由于当带钢通过破磷机特定的辊子配置时通过弯曲和张力控制的联合作用可以矫正带钢板型，其二，由于氧化铁皮与基体铁的塑性不同，当带钢通过破磷机时能使带钢两面的氧化铁皮不同程度的从带钢表面剥落或产生均匀的裂解、松动。唐钢酸洗线使用的是5辊式破磷机。
    此外，钢中的含碳量对酸洗时间亦有明显的影响，且酸洗速度随着钢中含碳量的增加而加快，这是因为钢中的碳含量增加，氧化铁皮有向薄的方面生产的趋势。另外，对于一些含碳较高强度较大的中、高碳钢，为了便于轧制，在酸洗之前要进行退火处理。这些经过退火的钢，在高温大约780℃下加热，会使带钢表面的氧化膜加厚，加之钢中硅、铬等元素的原子会从钢板内部向外扩散，与带钢表面的氧原子结合生产难溶的氧化物，从而增加酸洗困难。