CN1057801C - 酸洗的钢制品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材的后处理方法和设备 - Google Patents

酸洗的钢制品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材的后处理方法和设备 Download PDF

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Abstract

在连续冲洗设备中通过用水冲洗对酸洗的钢制品进行后处理的方法，其中，将不活泼气体或惰性气体吹入冲洗设备的至少一个冲洗区(1、2、3或4)中，以此在带钢停止的情况下可以防止在钢制品表面形成水解斑点，用于实施该方法的设备由各具有至少一个用于液体冲洗介质的进口(8)的多个冲洗区(1、2、3、4)构成，这些冲洗区(1、2、3或4)中的至少一个备有至少一个用于吹入气体的进口(19、20)。

Description

酸洗的钢制品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材的后处理方法和设备
本发明涉及在连续冲洗设备中通过用水冲洗而对酸洗的碳钢热轧带材进行后处理的方法。
业已知道，为了去除氧化皮，需要将钢材在酸中进行酰洗。在大多数现代化的酸洗设备中使用盐酸作为酸洗介质。在酸洗工序后，必须消除附着在材料表面(例如热轧带材表面)上的残留的酸洗酸。这通常是在连续冲洗设备中，例如在一个多级的对流冲洗设备中进行，这种多级对流冲洗设备在大多数情况下是以压力喷射设备的形成构成。
与带材一起从最后的酸洗工序带出的酸洗酸被带入冲洗设备，并且以与带材移动方向对流地从一个区域到一个区域地用冲洗水进行处理。因此，在各个冲洗区形成盐酸和铁离子的确定浓度分级。在冲洗水中主要存在下述物质：Fe(II)离子、Cl离子和H+离子。由H+离子浓度可以确定冲洗水的酸含量。标明该酸含量比标明pH值更为适宜，pH值是作为H+离子浓度的负十进制的对数来定义的。
通过减少冲洗水中的酸离子浓度(例如通过不断稀释)，冲洗液的pH值提高。从某一临界pH值起，存在于冲洗水中的铁离子开始水解，即进行下列偶联反应：
两价的氢氧化亚铁Fe(OH)2很容易被空气中的氧氧化成三价的氢氧化铁Fe(OH)3：
这种水解反应过程取决于pH值和温度的高低。除了这种物理-化学影响因素之外，水解反应和氧化反应还取决于时间。根据经验，发生水解反应的临界时间值大约在30秒。
在正常操作条件下，带钢在连接在酸洗设备后的冲洗设备中的停留时间远在可以开始水解反应的临界时间之下，因此水解产物不可能沉积到带钢表面上。
但是视情况而定，如果由于操作故障在酸洗操作中出现带钢停止，当该故障时间显著超过水解反应的临界时间值时，水解产物就不可避免地沉积在带钢表面。这种沉积主要发生在冲洗设备的最后两个冲洗区，在这两个冲洗区中，由于不断稀释，pH值已经大大提高。在材料表面上的水解产物沉积(也称为水解斑点)降低了所得产品的质量。在许多情况下，被水解产物严重沾污的材料不适合继续使用。因此，对于生产的经济效益来说，一个重要的技术问题是考虑有利的抑制水解的条件，改善经过酸洗的钢产品的后处理。
对于钢产品来说，为了在酸洗设备后面的冲洗设备中避免水解反应，已知有许多处理方法。
一种避免水解反应的方法是冷却冲洗液。根据水解反应对温度的依赖关系，通过冷却使临界水解时间有轻微的增加。
根据经验，临界水解时间增加因数约为2，也就是说，在约60秒的带钢停顿后开始形成水解产物的沉淀。但是，大多数情况下操作故障持续时间远远大于60秒，因此用这种方法不能显著地减少水解斑点的形成。
另外一种避免水解反应的方法是，向冲洗液中掺入抑制水解反应的化学物质。尽管这些添加物在中和设备中的冲洗水的处理中造成问题，例如增加废水中的CSB(化学需氧量)值，但添加化学物质比冷却冲洗水达到显著改善的效果。
本发明提出的任务是，避免上述方法在后处理酸洗的钢产品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材时的缺点，避免在连续冲洗设备中在产品表面上形成水解产物，并由此改善表面质量。
按照本发明，该任务是这样解决的，即向冲洗设备的至少一个冲洗区中吹入不活泼气体，例如氮气或惰性气体。可以看到，通过吹入不活泼气体可以杜绝在酸洗的钢制品表面上形成水解斑点。通过吹入不活泼气体，冲洗区中的氧含量被大大降低，已不可能将Fe(II)离子氧化成Fe(III)离子，从而防止了水解的最重要的部分反应，不发生水解产物的沉积，因此改善产品的表面质量。
按照本发明，该任务还通过以下方式解决，即向冲洗设备的至少一个冲洗区中吹入二氧化碳(CO2)。此时可以看到，通过将二氧化碳吹入冲洗区，在带钢停止时可以完全防止在酸洗的钢产品表面上形成水解斑点。由于吹入二氧化碳，在冲洗水中形成碳酸根离子(CO3 2-)和碳酸氢根离子(HCO3 -)，这些离子导致水解反应的平衡向反应物方向移动。当然，吹入二氧化碳也同样附带引起氧含量减少，从而防止Fe(II)离子的氧化。
本发明的任务还可以以一种更有利的方式来解决，即吹入不活泼气体(例如氮气或惰性气体)中二氧化碳的混合物。通过吹入气体排出氧的作用和二氧化碳的化学作用的结合，可以进一步提高本发明方法的功效。
根据本发明的另一个特征，优先选择将不活泼气体和/或二氧化碳吹入冲洗设备的最后冲洗区，最好是最后两个冲洗区，在最后的或两个最后的冲洗区中，由于冲洗水经过不断稀释已提高pH值，水解产物沉积的可能性最大，因此在避免水解斑点的部位吹入不活泼气体和/或二氧化碳以及由此而引起改善产品表面质量是特别有利的。
本发明的任务还可以以有利的方式进一步来解决，即连续地输入不活泼气体和/或二氧化碳。当酸洗的钢产品经过冲洗设备时，通过连续供给用于吹入冲洗区的气体，能保证持续地避免水解产物的沉积，从而保证了表面质量的改善。
但是，作为一种供选择的替换方案，也可以预先规定不连续地输入不活泼气体和/或二氧化碳。在不连续输入时，所使用的气体在例如由于操作故障而引起带钢停止时才被输入，借此防止水解产物沉积。与连续输入相比，可以减少所使用气体的量。可以根据设备的性能和基本结构选择这两种输入所用气体方法中的一种。
在本发明的另一个有利的实施方案中，在冲洗液上方吹入所使用的气体。通过从上方吹入气体，保证气体在冲洗区均匀分布，这种均匀分布对可靠地避免水解产物沉积是必不可少的。
在本发明的又一个有利的实施方案中，将所使用的气体吹入冲洗液中。采用这种方案，与从上方吹入气体相比，实现了气体在冲洗区中的更充分的分布和混匀。此外，由此也达到改进溶解在冲洗液中的氧的排除或者在冲洗液的整个液体体积中均匀地化学抑制水解反应。
为了解决该任务，按照本发明的方法，一种用于对酸洗的钢产品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材进行后处理的设备由多个冲洗区构成，每个冲洗区至少具有一个用于液体冲洗介质(优选的是水)进入的开口，按照本发明，这种设备的特征是，至少一个冲洗区设置有至少一个用于吹入气体的进入口。
为了在设备的最危险部位将水解减少至最小，优先选择考虑在最后的冲洗区、尤其是最后的两个冲洗区的至少每个区设置一个用于吹入气体的进入口。
在本发明的另一个有利的实施形式中，至少一个进入口设置在液面上方，这样氧可以经过液体迅速排出。
在本发明设备的另一种改型中，至少一个进入口设置在液面下方，以便可以将所使用的气体直接吹入冲洗液中。
按照本发明的另一个特征，为了吹入所使用的气体，预先规定至少一个旋转鼓风机，最好是具有500-1000m3/h输送能力的旋转鼓风机。因为必须通过吹入不活泼气体和/或二氧化碳，在最短的时间(约20秒)内使氧含量降低至微量(约1％(体积))，所以，尤其在不连续输入气体时需要迅速输入充足量的不活泼气体和/或二氧化碳。具有500-1000m3/h输送能力的旋转鼓风机以将所吹入的气体充分输入到冲洗液中的最佳方式适用于普通尺寸的冲洗区。
按照本发明的又一个特征，该设备装有一个不受冲洗设备的电路影响的调节装置，该调节装置在带钢停止时引起吹入气体。这种措施尤其在不连续输入气体时是重要的。在由于设备断电而引起带钢停止时，该调节装置不受设备的电路影响就显得尤为重要，可以使本发明的方法稳定可靠地发挥作用。
最后，按照本发明的另一个特征规定，这些至少各具有一个用于不活泼气体和/或二氧化碳进入口的冲洗区是可以密封而防止气体交换的。
下面参照附图详细地阐述本发明。图1示意地表示一种设备的示范实施形式，该设备具有将气体吹入冲洗区的最后两个槽中的气体吹入装置。图2示范和示意地表示一种具有气体循环的设备。
在两个附图中四个彼此相继的冲洗级以标号1，2，3和4表示，经过酸洗的带材5依次通过这四个冲洗级。在四个冲洗槽1、2、3和4之前，之间和之后设置若干对压液辊6。各借助一个循环泵7将冲洗水循环到四个冲洗槽1、2、3和4的每一个槽中，其中冲洗水经过喷射管8被喷到带钢5上。
在带钢5停止的设备故障中，为了能用不活泼气体、二氧化碳或其混合气体注满最后两个冲洗槽3和4，在倒数第二个冲洗级3装备一个排气机9，该排气机将存在于冲洗液上方的空气经过一根管道12抽出。经过管道10将不活泼气体、二氧化碳或这两种气体的混合物输向槽3和4，并经过进口19和20吹入冲洗槽3和4中。最好在两个槽3和4之间预先设置一根连接管11。
进口19位于各个冲洗槽1、2、3或4中的冲洗液的液面上方，并且最好是与排气机9和管道10一样确定所需的尺寸，使槽在最短时间、最好在20秒内，可以完全充满所吹入的气体。所说的完全充满应理解为用该气体充满至约1％(体积)的氧残余量。
设在各个槽1、2、3或4中的冲洗液液面下方的吹入气体进口20对于导入二氧化碳是特别有利的，二氧化碳可以部分地溶入冲洗液中，用化学方法抑制水解反应。
冲洗水最好是经过一根管道13被输送到最后的冲洗槽4，然后以一种对流串联冲洗设备的形式从最后冲洗级4经过连接管14导向第一冲洗级，并从第一冲洗级经管道15排出。
在图2中，相同的设备部分用与图1中相同的标号表示。不过，此时排气机9设置在第一冲洗级1，经过管道10以及进口19、20将不活泼气体、二氧化碳或其混合气体输送到各个冲洗槽1、2、3和4。
在各个冲洗槽1、2、3和4中设置了用于存在于其中的气氛的旋转式鼓风机16和循环管道17。各个冲洗槽1、2、3和4再通过管道11连接起来。
用于最后三个冲洗槽2、3和4的冲洗水的外部循环管道通过管道18互相连接。
实施例
在普通气氛(空气)中，用含HCl的冲洗水通过喷洒对刚酸洗过的优质钢37-2的碳钢热轧带材进行处理，其中，总HCl浓度是0.2g/l或0.02g/l。冲洗液的温度在60℃和80℃之间。
在约30秒的处理时间之后，带材表面上开始出现水解斑点(形成看得见的水解产物)。随着处理时间增加这种作用增强，即水解产物的形成剧烈增加。带材表面经过淡褐色变成深褐色。
随后，用相同材料在相同条件下重复此试验，不过，此时将氮气吹入冲洗槽中，在冲洗槽中建立惰性气氛。可以看到，在极长的处理时间(10分钟)带材表面丝毫没有变色，带材表面保持其金属的淡灰色光泽。
将氩气吹入冲洗槽，除此之外在相同的前提和条件下进行处理，也产生与上述试验相同的有利作用。使用氩气时的附加优点在于，其密度比空气或氮气都大，基于这种密度差可以防止空气进入冲洗槽中，或者至少可将空气减至最少。
在另一个试验中，在与上述试验相同的前提和条件下吹入二氧化碳，此时也产生相同的有利作用。
在吹入二氧化碳-惰性气体的混合气体并选择与上述试验中相同的试验条件和参数时，也可以防止在表面形成水解斑点。

Claims (10)

1.在连续冲洗设备中通过用水冲洗对酸洗的钢制品、尤其是酸洗的碳钢热轧带材进行后处理的方法，其特征在于将二氧化碳吹入冲洗设备的至少一个冲洗区(1、2、3或4)中。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于吹入氮气或惰性气体和二氧化碳的混合物。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体被吹入冲洗设备的最后冲洗区(4)中。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体被吹入冲洗***的最后两个冲洗区(3、4)中。
5.权利要求2所述的方法，其特征在于二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体被吹入冲洗设备的最后冲洗区(4)中。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体被吹入冲洗***的最后两个冲洗区(3、4)中。
7.权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于连续地输入二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体。
8.权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于不连续地输入二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体。
9.权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于在冲洗液上方吹入二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体。
10.权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于二氧化碳或由氮气或惰性气体和二氧化碳组成的混合气体被吹入冲洗液中。
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