1550酸轧机组高温卷取料欠酸洗的分析

1550酸轧机组高温卷取料欠酸洗的分析

宝钢股份宝钢分公司冷轧厂 胡滨

摘要：本文针对1550酸轧机组生产的热轧高温卷取料DP0161D1、DP0162D1酸洗进行了分析研究，最终发现拉矫机的能力、酸槽实际酸液温度和喷射压力的降低是导致其产生欠酸洗的主要原因，最后提出了相应的改进方向。

关键词：高温卷取料、酸液、温度、流量

1、 前言

热轧轧制过程中，由于高温和层流冷却不均的作用，必然在热卷表面形成厚度不一的氧化铁皮。这些氧化铁皮在进入冷轧机轧制时必须通过酸洗除去，否则必然产生划伤等质量问题。1550酸连轧线于2000年建成投产，并于当年年底达到设计月产量。酸洗采用大酸液循环流量的紊流酸洗技术，设计最大酸洗带钢速度为220米/分钟（合18秒）。

从2001年开始，在热轧高温卷取料上带头尾位置出现了欠酸洗现象，有时甚至出现在了带钢的边部区域，严重时整长方向的带钢上都有欠酸洗产生，为此，酸洗工艺段只能通过降低酸洗速度、延长酸洗时间来保证酸洗效果（现有文件规定带钢头尾100－111米/分种运行，带钢中部130米/分种运行）。然而这种改善措施是建立在大大浪费机组产能之上的，它给机组正常组织生产带来了严重影响。因此非常有必要对高温卷取料（DP0161D1、DP0162D2）产生欠酸洗的原因进行分析研究，以求找到问题根源。 2、酸洗机理

由于热轧带钢表面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，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，亦通过裂缝和孔隙而与钢铁的基体铁起反应。在酸洗一开始就同时进行着所有，3种氧化铁皮和金属铁与酸溶液之间的化学反应。

热轧在带钢表面上形成的氧化铁皮与盐酸反应的机理有三种，分别是溶解作用、机械剥离、化学还原作用。 2.1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中，生成可溶解于酸液的氯化铁

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和氯化亚铁，从而把氧化铁皮从带钢表面除去。其反应为：

Fe203+6HCl=2FeCL3+3H20 (1) Fe304+8HCl=2FeCL3+FeCl2+4H20 (2) FeO+2HCl=Fecl2+H20 (3)

在酸溶液中反应式(3)的反应速度最大，反应式(1)、(2)次之。假如酸溶液能够很顺利地通过裂缝．孔隙进入内层的话，那么内层FeO的溶解将对整个酸洗过程起着加速的作用。 2.2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，还存在部分由Fe304分解而来的纯铁。同时氧化铁皮又具有多孔性，酸溶液就可以通过氧化铁皮的孔隙和裂缝与氧化铁皮下的基体铁接触，并产生大量的氢气。这部分氢气通过膨胀压力把氧化铁皮剥离下来。

Fe+2HCl＝FeCl2+H2 (4)

在酸洗过程中，我们不希望酸与基铁发生反应，因为这样将会使酸和基铁的损失过多。同时，反应中产生的一部分氢将扩散到基铁中去而造成氢脆，以致造成酸洗不均匀和质量缺陷。 2.3还原作用

在反应式(4)中，铁与盐酸作用时，首先产生氢原子。一部分氢原子相互结合成为氢分子，促使氧化铁皮的剥离。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。其反应为：

Fe2O3+2[H]＝2FeO十H2 Fe304+2[H]＝3FeO十H2 FeCl3+[H]＝FeCl2+HCl

分析使用过的酸洗溶液会发现酸液中只含有极少量的三价铁离子(例如，在盐酸酸洗时，总酸度为200g／L，废酸中含二价铁离子120g/L，三价铁离子只有5～6g/L)。这是因为酸洗时生成的初生氢使三价铁的化合物还原成亚铁化合物。

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综上所述，带钢表面上的氧化铁皮是通过以下3种作用而被清除的： (1)氧化铁皮与酸发生化学反应而被溶解(溶解作用)。

(2)金属铁与酸作用生成氢气，机械也剥落氧化铁皮(机械剥离作用)。

(3)生成的原子氢使铁的氧化物还原成易与酸作用的亚铁氧化物，然后与酸作用而被除去(还原作用)。 3、影响酸洗能力的因素

影响氧化铁皮去除能力的因素有酸洗槽温度、酸槽内湍流度（喷嘴初始压力或酸液循环流量）、铁含量/酸含量等。

3.1 酸洗槽温度和浓度对的酸洗能力的影响

图1 盐酸浓度、温度与酸洗时间的关系 a—

酸液温度为70℃时，浓度与酸洗时间的关系；

b— 游离酸浓度为15％时，温度与酸洗时间的关系

1＃酸槽 2＃酸槽 3＃酸槽

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图2 酸洗液浓度、温度和酸洗时间的曲线图

从图2可以发现，酸槽温度的改变对酸洗时间影响很大。 3．2 酸溶液中铁盐含量的影响

在盐酸酸洗中，生成的氯化亚铁对盐酸酸洗影响如图3所示。

图3氯化亚铁对盐酸酸洗影响

从图3可以看出，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的浓度比饱和浓度低4％一8％。以后，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％。在酸洗生产中不采用FeCl2的浓度接近饱和状态的酸溶液。特别是盐酸浓度大于20-22％时，FeCl2很容易达到饱和状态，所以目前各国无论是新建或改建盐酸机组浓度不超过20％。

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，一般希望将FeCl2的含量控制在比较低的范围。 3．3 带钢破鳞程度的影响

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图4 拉矫机破鳞效果比较

由图4可见，经过预破鳞的带钢的酸洗速度比未破鳞的带钢酸洗速度提高将近30米/分钟。带钢预破鳞作用的机理除了将许多氧化铁皮从金属表面剥落下来，更重要的是通过拉矫机两组弯曲辊的连续作用使带钢表面的氧化铁皮形成很多微细裂纹，能使酸液进入裂纹内部，使三层氧化铁皮同时溶解，还与铁基体发生反应产生氢气剥离氧化铁皮，从而增大了酸洗速度。 3．4 酸洗方式的影响

图5 喷射酸洗时间与溶液压力的关系(温度70C) 1—浸泡；2—0.1MPa压力；3—0.2MPa压力

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