冷轧酸洗原理及工艺

冷轧酸洗原理及工艺利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。氧化铁皮是轧钢厂在轧制过程中，铁与氧或铁与燃料燃烧时的生成物（CO2、H2O汽等）的化学作用，而形成一层氧化层，称为氧化皮。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。铁的氧化物、结构也较为疏松，而钢材的轧制及铁制品的加工，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，所以带钢表面上所形成的氧化铁皮的结构、厚度、性质亦有所不同。在被加热坯料表面分布成三层：•最内层由细小颗粒的FeO组成，占氧化层全厚的40%；•中间层由粗大颗粒的Fe3O4组成，占其厚度的50%左右；•最外层由Fe2O3组成，占10%左右。由于氧化铁皮和钢的膨胀系数不一致，质脆，没有延伸性，在机械作用下和热加工作用下疏松而易于脱落，同时氧化铁皮的熔点（1300〜1350图）较低，致使钢在高温下加热时，氧化铁皮的脱落或熔化会暴露出金属的表面，当电解质涌进裂纹后，铁和氧化皮构成原电池。氧化皮是阴极，铁作为阳极而加速腐蚀，因此氧化皮的面积越大，氧化继续不断地加速，钢铁基体的腐蚀速度越快，腐蚀越严重。此外，如果是合金钢，除上述三种氧化层外，还有合金元素的氧化物，如铸铁、硅钢（SiO2）、不锈钢（Cr2O3、NiO）对于氧化铁皮，常用3中去除方法:机械法抛光法、滚磨法、高压水冲洗法、刷光法、喷（抛）丸（砂）法、破鳞法化学法米用酸、碱等化学物质与钢铁材料表面的铁鳞起化学反应而去掉氧化铁皮。如强酸、强碱如硫酸、盐酸、氢氟酸、氢氧化钠、混合酸碱溶剂等电化学法将浸入酸溶液中的钢铁制品（包括热轧带钢）的两边通过电极通上电流，以加速氧化铁皮的去除。例如：氢氧化钠的水溶液清洗硅钢表面的白膜（SiO2）；80%的氢氧化钠+20%的硝酸钠，在500r左右的高温下，改变不锈钢表面的氧化铁皮的性质，以达到有利于酸洗的要求；利用20%的硫酸钠溶液进行电解去鳞等一般酸洗分几种:酸种•硫酸•盐酸 •硝酸•氢氟酸•混合酸(如硝酸+氢氟酸对不锈钢的酸洗)母材成分•碳钢钢材酸洗•硅钢钢材酸洗•合金钢钢材酸洗•不锈钢钢材酸洗等。设备类型•槽式酸洗•摆动式酸洗 •连续式酸洗•半连续式酸洗•塔式酸洗等。酸洗反应•化学酸洗•酸碱复合酸洗•电解酸洗•中性电解去鳞酸洗的原理:带钢表面的氧化铁皮(FeO、Fe3O4和Fe2O3)都是不溶解于水的碱性氧化物，当把氧化铁皮浸泡在酸液里或者在其表面上喷洒酸液时，这些碱性氧化物就可与酸发生一系列化学反应。由于碳素钢和低合金钢钢材表面上的氧化铁皮具有疏松、多孔和裂纹的性质，加之氧化铁皮在酸洗机组上随同带钢一起经过矫直、拉矫、传送的反复弯曲，使这些孔隙裂缝进一步增加和扩大，所以，酸溶液在与氧化铁皮起化学反应的同时，亦通过裂缝和孔隙与钢板的基体发生反应。也就是说，在酸洗一开始就同时进行着三种氧化铁皮和金属铁与酸溶液之间的化学反应，所以，酸洗机理可以概括为以下三个方面：•溶解作用带钢表面氧化铁皮中各种铁的氧化物溶解于酸溶液内，生成可溶解于酸液的正铁及亚铁氯化物或硫酸盐，从而把氧化铁皮从带钢表面除去。这种作用称为溶解作用。例如：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2OFeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2OFeO+H2SO4=FeSO4+H2O•机械剥离作用带钢表面氧化铁皮中除铁的各种氧化物之外，还夹杂着部分的金属铁，氧化铁皮又具有多孔性，那么酸溶液就可以通过氧化铁皮的孔隙和裂缝与氧化铁皮中的铁或基体铁作用，并相应产生大量的氢气。由这部分氢气产生的膨胀压力，就可以把氧化铁皮从带钢表面上剥离下来。这种通过化学反应中产生氢气的膨胀压力把氧化铁皮剥离下来的作用，称为机械剥离作用。Fe+2HCl=FeCl2+H2个Fe+H2SO4=FeSO4+H2个其中，金属铁在酸溶液中的溶解速度大于铁的各种氧化物的溶解速度，特别是铁在硫酸中的溶解速度远远大于铁的氧化物的溶解速度，所以机械剥离在酸洗过程中起着很大的作用。•还原作用金属铁与酸发生作用时，首先产生氢原子。一部分氢原子相互结合成为氢分子，促使氧化铁皮剥离。另一部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力，将高价铁的氧化物和高价铁盐还原成易溶于酸溶液的低价铁氧化物及低价铁盐。例如：Fe2O3+2[H]=2FeO+H2O Fe3O4+2[H]=3FeO+H2OFeCl3+[H]=FeCl2+HCl Fe2O3+2[H]=2FeO+H2O

影响酸洗的因素氧化铁皮厚度及结构氧化铁皮中富氏体层越厚，酸洗越容易酸溶液种类带钢的氧化铁皮在盐酸溶液中的溶解速度比在硫酸溶液中快得多。在浓度较高时，盐酸酸洗主要靠溶解作用去除氧化铁皮，硫酸酸洗则主要机械剥离作用去除氧化铁皮。提高温度或浓度均能提高酸洗速度。盐酸对基铁的溶解能力低于对氧化铁皮的溶解能力，而硫酸酸洗时则相反，因此，盐酸酸洗时铁的损失较低。盐酸酸洗的带钢表面质量比用硫酸酸洗的带钢的表面质量好，带钢表面无压入铁皮及未被洗净的氧化铁皮，酸洗后带钢表面光洁。酸溶液浓度和温度提高浓度对酸洗速度的影响，盐酸远大于硫酸；提高温度对酸洗速度的影响，盐酸略低于硫酸。在硫酸溶液中酸洗时，宜提高温度而不过分增大浓度；在盐酸溶液中酸洗时，宜提高浓度而不过分提高温度。酸溶液中盐铁含量当盐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的浓度比饱和浓度低4%~8%。此后，酸洗时间又急剧增加，一直到FeCl2达到饱和，酸洗时间最长。酸洗温度越低，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%。此外，酸液内FeCl2含量增加，使得盐酸的挥发加速，因此在酸洗时，一般将FeCl2的含量控制在比较低的范围内。酸溶液搅拌酸溶液的搅拌都是有利于酸洗的。在连续酸洗机组中，酸槽内的酸溶液被直接吹入槽内的过热蒸汽所搅拌，以及受到在酸溶液中运动的带钢和酸洗时生成的氢气所搅拌。因此，凝聚在带钢表面上的蒸汽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