FI103586B - Menetelmä ja laite peitattujen terästuotteiden, erityisesti peitatun, kuumavalssatun hiiliteräsnauhan jälkikäsittelyä varten - Google Patents

Description

103586

Menetelmä ja laite peitattujen terästuotteiden, erityisesti peitatun, kuumavalssatun hiiliteräsnauhan jälkikäsittelyä varten. - Förfarande och anordning för efter-behandling av betade stälprodukter, speciellt av ett 5 betat, varmvalssat kolstälsband.

Keksinnön kohteena on menetelmä peitatun hiiliteräsnauhan jälkikäsittelyä varten käyttämällä vettä läpiajohuuhtelu-laitteissa.

10

Teräsmateriaalia on tunnettua peitata hapoilla valssihil-seen poistamiseksi. Useimmissa nykyaikaisissa peilauslaitteissa käytetään peittausaineena suolahappoa. Peit-tauskäsittelyn jälkeen täytyy aineen pinnalta, esim.

15 kuumavalssatun nauhan pinnalta poistaa siihen kiinnittyneet peittaushappojen tähteet. Tämä tapahtuu yleensä läpiajohuuhtelulaitteissa, kuten esimerkiksi monivaiheisessa vastavirtahuuhtelulaitteessa, joka on useimmissa tapauksissa muodostettu paineruiskutuslaitteeksi.

20

Nauhan kanssa viimeisestä peittausvaiheesta poissiirretty peittaushappo viedään huuhtelulaitteeseen ja käsitellään vastavirtaan hihnan kulkusuuntaan nähden osasto osastolta huuhteluvedellä. Täten saadaan yksittäisissä huuhte- 25 luosastoissa määrätty suolahappojen ja rautaionien pi- ;***: toisuusporrastus. Huuhteluvedessä on pääasiassa seuraavia • · · . .·. aineita: Fe(II)-, Cl- ja H+-ioneja. H+-ionipitoisuus « · · määrää huuhteluveden happopitoisuuden. Tämä happopitoi-suus ilmoitetaan tarkoituksenmukaisemmin pH-arvona, joka 30 on määritetty H+-ionipitoisuuden negatiivisena kymmenlo- • · · *···' gari tmina.

• · · • · · • Happopitoisuuden vähentymisen vuoksi huuhteluvedessä (esim. jatkuvan laimentumisen vuoksi) nousee huuhtelunes-35 teen pH-arvo. Tietystä kriittisestä pH-arvosta alkaen tapahtuu huuhteluvedessä olevien rautaionien hydrolyysi, mikä merkitsee seuraavien kytkyreaktioiden tapahtumista: 2 103586

Fe2+ + 2 H20 Fe(OH)2 + 2 H+

Fe3+ + 3 H20 Fe(OH)3 + 3 H+ 5 Kaksiarvoinen rautahydroksidi Fe(OH)2 hapettuu ilman hapen vaikutuksesta hyvin helposti kolmearvoiseksi rautahydroksidiksi Fe(OH>3: 2 Fe(OH)2 + H20 + 1 /2 02 --- 2 Fe(OH)3 10

Naiden hydrolyysireaktioiden kulku on pH-arvosta ja voimakkaasti lämpötilasta riippuvainen. Lukuunottamatta näitä fysikaalis-kemiallisia vaikutussuureita ovat hydro-lyysi- ja hapettumisreaktiot ajasta riippuvaisia. Koke-15 musperäisesti on hydrolyysireaktioiden esiintymisen kriittinen aika-arvo noin 30 sekuntia.

Normaaleissa käyttöoloissa peittauslaitteen jälkeen kytketyssä huuhtelulaitteessa on nauhan seisokkiaika selväs-20 ti sen kriittisen ajan alapuolella, josta alkaen hydro- lyysireaktiot voivat alkaa. Näin ollen hydrolyysituottei-den saostuminen nauhan pinnalle ei ole mahdollista.

Jos peittauksen aikana tapahtuu käyttöhäiriöstä johtuva 25 nauhan seisahtuminen, on hydrolyysituotteiden saostuminen nauhan pinnalle väistämätöntä, jos häiriön kesto ylittää » « · . huomattavasti hydrolyysireaktioiden kriittisen aika-ar- von. Tämä saostuminen tapahtuu etupäässä huuhtelulaitteen kahdessa viimeisessä huuhteluosastossa, joissa jatkuvan . 30 laimentumisen myötä pH-arvo on jo enimmäkseen kohonnut. Hydrolyysituotteiden saostuminen materiaalin pinnalle ’·] ‘ hydrolyysilaikuiksi nimitetyksi ilmiöksi vähentää saadun tuotteen laatua. Useissa tapauksissa ei hydrolyysituot-; teiden voimakkaasti pilaama materiaali sovellu jatkokäyt- 35 töön. Peitattujen terästuotteiden jälkikäsittelyn parantaminen ottaen huomioon suotuisat hydrolyysin estävät 3 103586 olot on tästä syystä tärkeä tekninen ongelma käytön taloudellisuutta ajatellen.

Terästuotteiden hydrolyysireaktioiden estämiseksi peit-5 tauslaitteiden jälkeen olevissa huuhtelulaitteissa tunnetaan useita menettelytapoja:

Eräässä menetelmässä hydrolyysireaktioiden välttämiseksi jäähdytetään huuhteluneste. Jäähdyttämisen avulla saavu-10 tetaan hydrolyysireaktioiden lämpötilariippuvuudesta johtuen kriittisen hydrolyysiajän vähäinen kohoaminen.

Kokemusperäisesti on kriittisen hydrolyysiajän kohoamisen kerroin noin 2, mikä tarkoittaa että noin 60 sekunnin 15 kuluttua nauhan pysähtymisestä alkavat hydrolyysituotteet muodostua. Koska käyttöhäiriö kuitenkin yleensä kestää huomattavasti kauemmin kuin 60 sekuntia, ei tällä menetelmällä saada aikaan hydrolyysilaikkujen muodostumisen merkittävää vähenemistä.

20

Toisessa menetelmässä hydrolyysireaktioiden välttämiseksi lisätään huuhtelunesteeseen kemikaaleja, jotka estävät hydrolyysireaktiot. Kemikaalien lisäämisellä saavutetaan huomattavasti parempi tulos kuin huuhtelunesteen jäähdyt-25 tämisellä, tosin lisäaineet aiheuttavat ongelmia huuhte-luvesien käsittelyn yhteydessä neutralisointilaitteissa, • · · ; ·/: kuten esim. jäteveden CSB-arvon kohoamisen.

• · ·

Oheisen keksinnön tavoitteena on yllämainittujen menetel- . 30 mien haittoja karttaen peitattujen terästuotteiden, eri- • · · tyisesti peitatun kuumavalssatun hiiliteräsnauhan, jälki-’·* * käsittelyn yhteydessä läpiajohuuhtelulaitteissa välttää hydrolyysituotteiden muodostuminen tuotteiden pinnalle ja siten parantaa pinnan laatua.

Keksinnön mukaisesti tavoite toteutetaan siten, että huuhtelulaitteen vähintään yhteen huuhteluosastoon puhal- /.·. 35 4 103586 letaan inerttiä kaasua, kuten typpeä tai jalokaasua. On voitu todeta, että inerttiä kaasua puhaltamalla on hydro-lyysilaikkujen syntyminen peitattujen terästuotteiden pinnalle kyetty täysin estämään. Inerttiä kaasua puhalta-5 maila alenee happipitoisuus huuhteluosastoissa niin paljon, että Fe{II)-ionien hapetus Fe(II)-ioneiksi ei ole mahdollista ja siten hydrolyysin tärkein osareaktio on estetty. Hydrolyysituotteiden saostuminen jää pois, jolloin tuotteen pinnan laatu paranee.

10

Keksinnön mukaisesti tavoite toteutetaan lisäksi siten, että huuhtelulaitteen vähintään yhteen huuhteluosastoon puhalletaan hiilidioksidia (C02). Tässä voitiin myös todeta, että puhaltamalla hiilidioksidia huuhteluosastoi-15 hin nauhan ollessa pysähtyneenä, voitiin hydrolyysilaik-kujen syntyminen peitattujen terästuotteiden pinnalle täysin estää. Hiilidioksidia puhaltamalla syntyy huuhteluvedessä karbonaatti-(C032-) ja vetykarbonaatti-ioneja (HC03-), jotka johtavat hydrolyysireaktion tasapainon 20 siirtymiseen alkutuotteiden suuntaan. Lisäksi hiilidioksidin puhaltaminen aiheuttaa luonnollisesti myös happipitoisuuden vähenemisen, jolloin Fe(II)-ionien hapettuminen estyy.

25 Tavoite toteutetaan edullisesti lisäksi siten, että pu- ♦ ♦ · halletaan inertin kaasun, esim. typen tai jalokaasun, ja : hiilidioksidin seosta. Puhallettujen kaasujen happea • · · syrjäyttävän vaikutuksen sekä hiilidioksidin kemiallisen vaikutuksen yhdistelmän ansiosta kohoaa keksinnön mukai-30 sen menetelmän teho vielä entisestään.

• · · *. Keksinnön erään tunnusmerkin mukaan puhalletaan edulli- sesti inerttiä kaasua ja/tai hiilidioksidia huuhtelulait-: teen viimeiseen huuhteluosastoon, sopivimmin kahteen 35 viimeiseen huuhteluosastoon. Viimeisessä tai kahdessa viimeisessä huuhteluosastossa on todennäköisyys hydrolyysituotteiden saostumiselle suurin johtuen huuhteluve- 5 103586 den jatkuvasta laimentumisesta jo kohonneen pH-arvon vuoksi ja siksi inerttikaasun ja/tai hiilidioksidin puhaltaminen näihin kohtiin on erityisen edullista hydro-lyysilaikkujen ehkäisemiseksi sekä siitä johtuvaan tuot-5 teen pinnan laadun parantamiseksi.

Tavoite toteutetaan edullisesti lisäksi siten, että inerttiä kaasua ja/tai hiilidioksidia syötetään jatkuvasti. Syöttämällä jatkuvasti huuhteluosastoihin puhalletta-10 vaksi tarkoitettua kaasua, Silläaikaa kun peitattu terästuote kulkee huuhtelulaitteen läpi, vältetään hydro-lyysituotteiden saostuminen pysyvästi ja taataan siten pintalaadun paraneminen.

15 Vaihtoehtoisesti voidaan inerttiä kaasua ja/tai hiilidioksidia syöttää jaksottain. Jaksottaisessa syötössä johdetaan käytettävä kaasu vasta esim. käyttöhäiriöstä johtuvan nauhan pysähdyksen yhteydessä ja siten ehkäistään hydrolyysituotteiden saostuminen. Verrattuna jatku-20 vaan syöttöön voidaan käytettävän kaasun määrää täten vähentää. Laitteen kunto sekä perusrakenne voivat myös määrätä käytettävän kaasun syöttötavan valinnan näiden kahden menetelmän välillä.

25 Eräässä keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa puhalle-ί.,.ί taan käytettävää kaasua huuhtelunesteen yläpuolelta.

: Puhaltamalla kaasua ylhäältä päin varmistetaan kaasun ·*·*; tasainen jakautuminen huuhteluosastoihin, mikä on välttä mätöntä hydrolyysituotteiden saostumisen varmalle eh- .·. 30 käisemiselle.

• · · • · « * · ·

Keksinnön eräässä toisessa edullisessa sovellutusmuodossa puhalletaan käytettävää kaasua huuhtelunesteeseen. Tällä • toimenpiteellä saavutetaan kaasun vielä parempi jakautu- 35 minen ja sekoittuminen huuhteluosastoissa verrattuna ylhäältä päin puhaltamiseen. Lisäksi aikaansaadaan näin myös parempi huuhtelunesteeseen liuenneen hapen syrjäyty- 103586 6 miner» tai saavutetaan hydrolyysireaktioiden kemiallinen estyminen tasaisesti huuhtelunesteen kokonestemäärässä.

Tavoitteen toteuttamiseksi keksinnön mukaisen menetelmän 5 mukaisesti on lisäksi laite peitattujen terästuotteiden, erityisesti peitatun, kuumavalssatun hiiliteräshihnan jälkikäsittelyä varten, joka laite koostuu useista huuh-teluosastoista, joissa on kussakin vähintään yksi sisään-tuloaukko nestemäistä huuhteluainetta, edullisesti vettä 10 varten, jolloin tälle laitteelle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että vähintään yksi huuhteluosasto on varustettu vähintään yhdellä sisääntuloaukolla kaasujen puhaltamista varten.

15 Hydrolyysin minimoimiseksi sille alttiimmissa laitteen paikoissa on edullisesti järjestetty, että viimeinen huuhteluosastoista, edullisesti molemmat viimeiset huuh-teluosastot, on varustettu kumpikin vähintään yhdellä sisääntuloaukolla kaasujen puhaltamista varten.

20

Keksinnön eräässä toisessa edullisessa sovellutusmuodossa on vähintään yksi sisääntuloaukko järjestetty nesteen pinnan yläpuolelle. Täten happi voidaan nopeasti syrjäyttää nesteen yläpuolelta.

25

Keksinnön mukaisen laitteen eräässä toisessa vaihtoehdos- • · · . sa on sisääntuloaukko järjestetty nesteen pinnan alapuo- • · · ·;·. lelle niin, että käytettävän kaasun puhaltaminen on mah- • · · dollista suoraan huuhtelunesteeseen.

30 i : : ...... .. .. ..

Keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan on käytettävän • · · *·] ' kaasun puhaltamista varten järjestetty vähintään yksi ·. ·: kiertopuhallin, joka on teholtaan edullisesti 500 - 1000 m3/h. Koska inerttiä kaasua ja/tai hiilidioksidia puhal-35 lettaessa on välttämätöntä vähentää happipitoisuutta hyvin lyhyessä ajassa (noin 20 sekunnissa) alhaisimpiin määriin (noin 1 til.-%), on erityisesti kaasun jaksoit- 7 103586 täisessä syötössä välttämätöntä syöttää inerttiä kaasua ja/tai hiilidioksidia riittävä määrä. Kiertopuhaltimet, joiden teho on 500 - 1000 m3/h, soveltuvat optimaalisesti tavallisen kokoisia huuhteluosastoja varten puhallettavi-5 en kaasujen riittävää syöttöä varten huuhtelunesteeseen.

Keksinnön erään toisen sovellusmuodon mukaan laite on varustettu huuhtelulaitteen virtapiiristä riippumattomalla säätölaitteella, joka nauhan ollessa paikallaan ai-10 kaansaa kaasujen puhaltamisen. Tämä toimenpide on erityisen tärkeä kaasujen jaksoittaisessa syötössä. Koska nauhan pysähtyminen voi aiheutua esim. laitteen virrankat-koksesta, on tärkeää, että säätölaite on riippumaton laitteen virtapiiristä keksinnön mukaisen menetelmän 15 luotettavan toiminnan takaamiseksi.

Lopuksi erään keksinnön mukaisen tunnusmerkin mukaisesti huuhteluosastot, jotka kukin on varustettu vähintään yhdellä sisääntuloaukolla inerttiä kaasua ja/tai hiili-20 dioksidia varten, on tiivistettävissä kaasujen vaihtoa vastaan.

Keksintöä kuvataan nyt seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.

25 : : Kuvio 1 esittää kaaviollisesti esimerkinomaista sovel • · · l lutusmuotoa laitteesta, jossa on kaasupuhallus huuhteluosaston kahteen viimeiseen säiliöön ja . 30 Kuvio 2 esittää esimerkinomaisesti ja kaaviollisesti

f · · J

* · · laitetta, jossa on kaasukierrätys.

t · · • · · «

Neljä perättäistä huuhteluvaihetta on kuvattu molemmissa i kuvioissa viitenumeroin 1, 2, 3 ja 4 siinä järjestykses- 35 sä, missä peitattu nauha 5 kulkee niiden lävitse. Neljän 8 103586 huuhtelusäiliön 1, 2, 3 ja 4 eteen, väliin ja jälkeen on järjestetty puristustelaparit 6. Huuhteluvesi kiertää kussakin neljässä huuhtelusäiliössä 1, 2, 3 ja 4 kussakin kiertopumpun 7 välityksellä, jolloin vesi viedään ruisku-5 putkien 8 kautta teräshihnalle 5.

Jotta laitteen häiriön aikana nauhan 5 ollessa paikallaan molemmissa viimeisissä huuhtelusäiliöissä 3 ja 4 voisi virrata voimakkaasti inerttiä kaasua, hiilidioksidia tai 10 niiden seosta, on toiseksi viimeisessä huuhteluvaiheessa 3 poistokaasupuhallin 9, joka imee huuhtelunesteen yläpuolella olevan ilman johdon 12 kautta. Johtojen 10 kautta inertti kaasu, hiilidioksidi tai näiden molempien kaasujen seos johdetaan säiliöihin 3 ja 4 ja puhalletaan 15 sisääntuloaukkojen 19, 20 kautta huuhtelusäiliöihin 3 ja 4. Säiliöiden 3 ja 4 välillä on edullisesti liitäntäjohto 1 1 .

Sisääntuloaukot 19 sijaitsevat huuhtelunesteen nestepin-20 nan yläpuolella kussakin huuhtelusäiliössä 1, 2, 3 tai 4 ja ne on edullisesti samoin kuin poistokaasupuhallin 9 ja johdot 10 mitoitettu siten, että säiliö hyvin lyhyessä ajassa, edullisesti enintään 20 sekunnissa, voidaan täyttää kokonaan puhalletulla kaasulla. Kokonaan täyttämisel-25 lä tarkoitetaan tässä täyttämistä kaasulla hapen jäännös- : : tilavuuteen noin 1 til.-% asti.

• · · j i··

Huuhtelunesteen nesteenpinnan alapuolella kussakin säiliössä 1, 2, 3 tai 4 sijaitsevat sisääntuloaukot 20 pu-30 hallettavaa kaasua varten ovat erityisen edullisia hiili- • « · ::: dioksidille, joka voi osittain liueta huuhtelunesteeseen * · * • · · ·· ·· ja siten myös estää kemiallisesti hydrolyysireaktion.

i Huuhteluvesi syötetään edullisesti viimeiseen huuhte- ' 35 lusäiliöön 4 johdon 13 kautta, sitten johdetaan vastavir- takaskadihuuhtelulaitteen muodossa liitäntäjohtojen 14 9 103586 kautta viimeisestä huuhteluvaiheesta 4 ensimmäiseen vaiheeseen 1 ja poistetaan sieltä johdon 15 kautta.

Kuviossa 2 on samoja laitteen osia merkitty samoilla vii-5 tenumeroilla kuin kuviossa 1 . Poistokaasupuhallin 9 on kuitenkin nyt ensimmäisessä huuhteluvaiheessa 1 ja johtojen 10 sekä sisääntuloaukkojen 19, 20 kautta syötetään jokaiselle huuhtelusäiliölle 1, 2, 3 ja 4 inerttiä kaasua, hiilidioksidia tai niiden seosta.

10

Jokaisessa huuhtelusäiliössä 1, 2, 3 ja 4 on kiertopuhal-lin 16 ja kiertojohto 17 niissä olevaa atmosfääriä varten. Yksittäiset huuhtelusäiliöt 1, 2, 3 ja 4 on puolestaan liitetty johdoilla 11.

15

Kolmen viimeisen huuhtelusäiliön 2, 3 ja 4 huuhteluveden uloimmat kiertoletkut on liitetty toisiinsa johtojen 18 välityksellä.

20 Sovellutusesimerkkejä:

Vasta peitatut, St 37-2 laatuiset kuumavalssatut hiilite-räsnauhat käsiteltiin HCl-pitoisella huuhteluvedellä nor-maaliatmosfäärissä (ilma) suihkuttamalla, jolloin ko-25 konais-HCl-pitoisuus oli 0,2 g/1 tai 0,02 g/1. Huuhte-lunesteen lämpötila oli 60 - 80° C.

• « * • · ·

Noin 30 sekunnin käsittelyajan jälkeen ilmenivät jo en-• ·· ·· simmaiset hydrolyysilaikut nauhan pinnalla (näkyvien . 30 hydrolyysituotteiden muodostuminen). Tämä vaikutus voi- • · · i « · mistui käsittelyäjän kasvaessa eli hydrolyysituotteiden » f » *·] ' määrä kasvoi voimakkaasti. Nauhan pinta värjäytyi vaa- ·:·; leanruskean kautta tummanruskeaksi. 1

Kokeet uusittiin myöhemmin samoilla aineilla ja samoissa . ; olosuhteissa, jolloin kuitenkin huuhtelusäiliöön vetyä puhaltamalla sinne saatiin aikaan inertti atmosfääri.

103586

1 O

Jopa äärimmäisen pitkien, 10 minuuttia kestävien käsittelyaikojen yhteydessä ei voitu havaita nauhan pinnan minkäänlaista värjäytymistä, se säilytti metallinhohtoisen, vaaleanharmaan värinsä.

5

Edellisen kokeen kaltainen edullinen vaikutus ilmeni myös puhallettaessa argonia huuhtelusäiliöön muuten samanlaisissa edellytyksissä ja olosuhteissa. Argonin lisäetuna on se, että sen tiheys on suurempi kuin ilman ja vedyn 10 niin, että vuotoilman tunkeutuminen huuhtelusäiliöön voidaan tiheyserosta johtuen välttää tai ainakin minimoida.

Eräässä toisessa kokeessa samoissa edellytyksissä ja 15 olosuhteissa kuin aiemmissa kokeissa puhallettiin hiilidioksidia, jolloin ilmeni sama edullinen vaikutus.

Myös hiilidioksidin ja jalokaasun seosta puhallettaessa, jolloin koe-ehdot ja parametrit oli valittu samoin kuin 20 edellä kuvatuissa kokeissa, pystyttiin estämään hydro-lyysilaikkujen syntyminen pinnalle.

• · « · t » · · « · · i » · » m · • • · · • « 1 f1 • · ♦ • · · 1 1 1

Claims (8)

103586 1 1

1. Menetelmä peitattujen terästuotteiden, erityisesti peitatun, kuumavalssatun hiiliteräsnauhan jälkikäsittelyä 5 varten vedellä huuhtomalla läpiajohuuhtelulaitteissa, tunnettu siitä, että huuhtelulaitteen vähintään yhteen huuhteluosastoon (1, 2, 3 tai 4) puhalletaan hiilidioksidia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että puhalletaan inertin kaasun, esim. typen tai jalokaasun, ja hiilidioksidin seosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaasun ja hiilidioksidin seosta puhalletaan huuhtelulaitteen viimeiseen huuhteluosastoon (4).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaasun ja hiilidioksidin seosta puhalletaan kahteen viimeiseen huuhteluosastoon (3, 4).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaa- /;·. sun ja hiilidioksidin seosta syötetään jatkuvasti. « · · . 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, *···’ tunnettu siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaa- • · · • · · ···♦· *·* 30 sun ja hiilidioksidin seosta syötetään jaksottaisesti.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, • · · «♦ ·* ·. tunnettu siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaa- sun ja hiilidioksidin seosta puhalletaan huuhtelunesteen ' 35 yläpuolelle.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, 1 2 103586 tunnettu siitä, että hiilidioksidia tai inertin kaasun ja hiilidioksidin seosta puhalletaan huuhtelunesteeseen. « · · : : • · · 13 103586