（机械工程专业论文）轧钢铁鳞烧结前的预处理新技术.pdf

中文摘要 轧钢铁鳞烧结前的预处理新技术课题的确立来自实际生产的需要。随着现 代科学技术的发展，在轧钢技术上，由过去的低速n l n 发展成为现代化高速线 材轧制】艺。 这种高线轧制技术每天的轧钢铁鳞( 铁皮) 数量可观，作为资源的再利用， 轧钢铁鳞作为配料加入烧结矿中，可以提高烧结矿的含铁量( 品味) 。但铁皮中 含有2 5 的油污，这些油污在烧结生产过程中常常随着废气富集在风机、叶 轮、除尘器上，不仅影响生产设备的正常运行，而且还因废气温度较高产生火 灾，导致设备损坏，生产处于瘫痪状态，造成巨大的经济损失。为此，必须对 铁皮进行去油脂预处理后方能使用。本文研究的目的就是针对上述问题的提出， 从常温、高效、低成本的角度出发，切实解决烧结前铁鳞的除油问题。 本文的主要内容包括去油剂的研制、确定清洗方法及工艺流程、清洗设备 的设计、废液处理工艺的研究四个方面。 主要创新点： ( 1 ) 研制的q y g ? 一j 型去油剂主要为置换机理清沈含油轧钢铁鳞，改变 了文献中对硬表面清洗是以乳化型为主的机理。 ( 2 ) 研制了克服铁鳞比重大、易沉淀的悬浮搅拌设备。 ( 3 ) 采用酸中和、丙纶毡吸油两步法处理含油废水，达国家二级排放标 准。 ( 4 ) 去油的工艺过程简单、易操作、投资少、见效快、应用性极强。 轧钢铁鳞烧结前的预处理新技术切实解决了烧结前铁鳞的清洗除油问题。 该新技术的特点是投资少、见效快、节约能源、不污染环境、操作安全、除 油效果满足烧结生产要求，处理的废水能达到国家二级排放标准。同时，废 湘能够回收，能显著地增加经济效益和社会效益。 关键词：铁鳞水基清洗剂搅拌设备废液处理 a b st r a c t n e w t e c h n o l o g yo np r e t r e a t m e n to fi r o ns c a l eb e f o r ea g g l o m e r a t i o nc o m e sf r o m t h en e e do fe n g i n e e r i n gp r a c t i c e w i 廿】t h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h em o d e m h i g hs p e e ds t e e lr o l l i n gt e c h n i c sh a sb e e nu s e di n s t e a do ft o ws p e e ds t e e lr o l l i n g t e c h n i c s al a r g ed e a lo fi r o ns c a l e sw e r ep r o d u c e db yt h em o d e r ns t e e lr o l l i n gt e c l m i c so f h i g hs p e e de v e r yd a y i r o ns c a l ec a l lb er e c y c l e da sm a t e r i a lm i x e di ns i n t e r t h i sc a n i n c r e a s et h ec o m p o n e n to fi r o n h o w e v e r , 2 5 o i l i sm i x e di ni r o ns c a l e u s u a l l y , o i l a d h e r e st om a c h i n e sd u r i n gt h ep r o d u c eo fs i n t e r i tn o to n l yi n f l u e n c e st h em a c h i n e w o r k i n g b u ta l s oc a u s e sf i r eb e c a u s eo fh i g ht e m p e r a t u r e i tr e s u l t si nt h ed a m a g eo f m a c h i n e sa n dl a r g ee c o n o m i cl o s s t h e r e f o r e i r o ns c a l em u s tb ew a s h e db e f o r eu s e d t h ea i mo f t h et h e s i si st or e s o l v et h ep r o b l e mw i t hr o o mt e m p e r a t u r e h i g he 踊c i e n c y a n dl o wc o s t t h em a i nc o n t e n t so ft h e s i si n c l u d et h ed e v e l o p m e n to fd e g r e a s e r , t h e d e v e l o p m e n to fc l e a n o u tm e t h o d sa n dt e c h n i c sp r o c e s s e s ，t h ed e s i g no fc l e a n o u t m a c h i n e a n dt h et e c h n o l o g yo fw a s t el i q u i dd i s p o s a l t h em a i ni n n o v a t i o n sa r ea s f o l l o w s ： n 、t h ec l e m a o u tm e c h a n i s mo fq y 9 7 - jd e g r e a s e ri st h er e p l a c e m e n tm e c h a n i s m i n s t e a do f t h ee m u l s i f i c a t i o nm e c h a n i s mo f t h el i t e r a t u r e s f 2 ) t h es u s p e n d i n ga n dm i x i n gm a c h i n ei sd e s i g n e d t h ep r o b l e mw h i c ht h e s p e c i f i cg r a v i t yo fi r o ns c a l ei sl a r g ea n di r o ns c a l ei se a s yf o rs e d i m e n t a t i o ni s o v e r c o m e d ( 3 1t h em e t h o d so fa c i dn e u t r a l i z a t i o na n da b s o r b i n go i lb yt e r y l e n ea r eu s e dt o d e a lw i t hw a s t el i q u i d t w 0g r a d es t a n d a r do fc h i n ai sr e a c h e d ( 4 ) t h ec l e a n i n gt e c h n i c sh a sf e a t u r e so fs i m p l e ，e a s yo p e r a t i o n ，l i t t l ei n v e s t m e n t ， q u i c kb e n e f i t s a n dw i d ea c t u a la p p l i c a t i o n s t h en e wt e c h n o l o g yo np r e t r e a t m e n to fi r o ns c a l eb e f o r ea g g l o m e r a t i o nh a s a d v a n t a g e so fl i t t l ei n v e s t m e n t ，t a k i n ge f f e c tr a p i d l y , r e t r e n c h i n ge n e r g y , n o tp o l l u t i n g s u r r o u n d i n g s o p e r a t i n gs a f e l y t h eo i lc l e a n i n go fs c a l e sm e e tt h en e e do fp r o d u c t i o n 、 t h ew a s t el i q u i dr e a c h e st w og r a d es t a n d a r do fc h i n a a tt h es a m et i m e t h ew a s t eo i l c a nb er e c y c l e dt oo b t a i nr e m a r k a b l ee c o n o m ym a dc o m m m f i t yb e n e f i t ， k e y w o r d s ：i r o ns c a l e ，h y d r o p h i l i cd e t e r g e n t ，m i x e r , w a s t ew a t e rd i s p o s a l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：移秀禹 签字日期： p 。j ，年舌月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：私秀美 导师签名 孑移 签字嗍如舛 月 7 刚 签字嗍加，年，月上7 日 第一章概述 第一章概述 随着现代科学技术的发展，在轧钢技术上，由过去的低速轧制发展成为现 代化高速线材轧制工艺。这种高线轧制技术每天的轧钢铁鳞( 铁皮) 数量可 观。据统计，马钢目前年回收优质铁鳞4 万多吨；本钢热连轧厂每年可产生 铁鳞4 5 万吨；首钢每年大约产出铁鳞近9 万吨。莱钢集团公司各轧钢生产 线铁鳞年产5 万吨左右。唐钢每年可产生铁鳞6 万吨。 轧钢铁鳞含铁高，主要成分为氧化铁( f e 2 0 s 和f e o ) ，本钢连轧厂提供 的铁鳞的化学成分见表1 1 。而且铁鳞价格便宜( 目前铁鳞的价格8 0 0 元吨) ， 货源充足，作为资源的再利用，可以用价格低廉的铁鳞生产高附加值的产品。 表1 1本钢连轧厂提供的铁鳞的化学成分 轧钢铁鳞的主要用途 目前，轧钢铁鳞的主要用途有以下几方面： ( 1 ) 将轧钢铁鳞在高压低温下还原至粉末冶金用铁粉。 采用隧道窑固体碳还原轧钢氧化铁鳞，可以生产出次还原海绵铁。铁 鳞中的氧化铁在高温下被焦碳的炭还原，而碳则气化成c o ，c o 向内部扩散 来完成还原过程，三氧化铁依次还原成氧化铁，最后还原成金属铁。 目前，应用轧钢铁鳞生产粉末冶金铁粉的公司有武钢粉末公司和山西省 阳泉市林星粉末冶金有限公司。 ( 2 ) 用轧钢铁鳞制备高性能永磁和软磁铁氧体磁性材料。 铁氧体磁性材料是一类与金属磁性材料并驾齐驱的重要磁性材判，由于具 有强磁性、高电阻率和优良的性能价格比，自2 0 世纪4 0 年代以来，它在电子 工业、仪表工业、宇航工业、农业和医疗卫生等方面得到广泛应用。 永磁铁氧体主要成份为氧化铁，占重量比8 0 。在国外，主要采用氧化铁 红作主要原材料。在国内，高档产品生产仍采用氧化铁红，其价格昂贵，每吨 价千元以上。国内一些厂家采用铁鳞作主要原材料| 1 】。 目前，应用轧钢铁鳞生产铁氧体磁性材料的厂家有马鞍山磁性材料厂、 第一章概述 本钢磁性材料厂、本溪钢铁( 集团1 有限责任公司。 ( 3 ) 用轧钢铁鳞制备铁红颜料。 f e 2 0 3 铁红颜料用途相当广泛，主要用于基建颜料、防锈油漆以及面漆和高 质量的汽车用漆等。铁红颜料还广泛用于建筑物面着色，橡胶制品的补强和着 色，油漆、玻璃、陶瓷、房屋地面着色以及各种水磨石、人造大理石建筑涂料 的配色，还可以用于油漆料的加工。铁红的系列基建颜料不仅国内有市场，而 且还出口巴基斯坦、澳大利亚等国。铁红防锈漆具有良好的物理机械性、化学 防腐性、稳定性和悬浮性，可用于汽车、农机、自行车等工业的金属防锈及装 饰“。 目前，莱钢集团公司利用铁鳞，以及钢坯精整酸洗和冷带酸洗过程中的废 酸液亚铁盐，生产具有较高附加值的铁红颜料。 ( 4 ) 用轧钢铁鳞作为电炉炼钢的氧化剂。 为了使炼钢炉料中的碳、硅、锰和磷氧化，必须向熔池加入氧化剂。铁鳞 的特点是铁含量高、杂质少、密度小、不易下沉，利用它直接氧化钢液速度慢、 效力低，但它却是一种理想的脱磷剂。 ( 5 ) 用轧钢铁鳞作为烧结配料。 将轧钢铁鳞作为配料加入烧结矿中，可以提高烧结矿的含铁量( 品位) ，目 前大部分的铁鳞用于烧结。如唐山钢铁集团公司等。 1 1 研究目的和意义 目前铁鳞的主要用途是用于烧结配料。但是铁鳞中含有2 5 的油污， 这些油污在烧结生产过程中常常随着废气富集在风机、叶轮、除尘器上，不 仅影响生产设备的正常运行，而且还因废气温度较高产生火灾，导致设备损 坏，生产处于瘫痪状态，造成巨大的经济损失。据了解，每年对风机、叶轮等 至少进行两次清洗，每次约需五天停产，造成的直接经济损失达1 2 0 万元台年。 同时，由于油污的氧化受热脱氢产生大量的游离碳污染周围的环境。为此， 必须对铁鳞进行清洗除油预处理后方能使用。 本课题是由唐山钢铁集团公司提出的。 1 2 国内外研究现状及存在的问题 目前，国内铁鳞除油的方法有两种：一种方法是在烧结前将铁鳞进行人 第章概述 本钢磁件材料厂、本溪钢铁( 集团) 有限责任公司。 ( 3 ) 用轧钢铁鳞制备铁红颜料。 f e 2 0 3 钱红颜料用途相当广泛，主要用于基建颜料、防锈油漆以及面漆和高 质量的汽车用漆等。铁红颜料还，、泛用于建筑物面着色，橡胶制品的补强和着 色，油漆、玻璃、陶瓷、房屋地面着色以及各种水磨石、人造大理石建筑涂料 的配色，还可以用于油漆料的加上。铁红的系列基建颜料不仅国内有市场，而 且还出口巴基斯坦、澳大利亚等国。铁红防锈漆具有良好的物理机械性、化学 防腐性、稳定性和悬浮件，可用于汽车、农机、自行车等工业的金属防锈及装 饰“。 目前，莱钢集团公司利用铁鳞，以及钢坯精整酸沈和冷带酸洗过程中的废 酸液砸铁盐，生产具有较高附加值的铁红颜糊。 ( 4 ) 用轧钢铁鳞作为电炉炼钢的氧化剂。 为了使炼钢炉料中的碳、硅、镊和磷氧化，必须向熔池加入氧化剂。铁鳞 的特点是铁含量高、杂质少、密度小、不易下沉，利用它直接氧化铜液速度慢、 效力低，但它却是一种理想的脱磷剂。 ( 5 ) 用轧钢铁鳞作为烧结配料。 将轧钢铁鳞作为配利加入烧结矿中，可以提高烧结矿的含铁量( 品位) ，日 诗矿大部分的铁鳞用于烧结。如唐山钢铁集团公司等。 11 研究目的和意义 目前铁鳞的主要用途足用于烧结配料。但是铁鳞中含有2 5 的油污， 这些油污在烧结生产过程中常常随着腹气富集在风机、叶轮除尘器上，不 仅影响生产设备的正常运行，而且还因废气温度较高产生火灾，导致设备损 坏，生产处于瘫痪状态，造成巨大的经济损失。据了解，每年对风机、叶轮等 至少进行两次清洗，每次约需五天停产，造成的直接经济损失达1 2 0 万元台年。 同时，由于油污的氧化受热脱氧产生大量的游离碳污染周围的环境。为此， 必须对铁鳞进行清洗除油预处理后方能使用。 本课题是由唐山钢铁集团公司提出的。 1 2 国内外研究现状及存在的问题 目前，国内铁鳞除油的方法有两种 目前，国内铁鳞除油的方法有两种 种方法是在烧结l i 将铁鳞进行人 种方法是在烧结f i 将铁鳞进行人 第章概述 工焚烧去油，这种简单的处理去油效果差，严重地污染环境，危害工人的身 体健康。另一种方法是铁鳞用于生产高附加值产品前用低温蒸馏萃取法处理 铁鳞废油，这种方法成本较高。 国外的铁鳞除油一般采用传统的高温碱液除油法和高温炉焙烧法( 5 0 0 。 c ) ，高温碱液除油法是用电或蒸汽把洗液加热到7 0 9 0 。c 后，加雎喷洗。 其存在的问题是：耗能大，污染严重，去油率低。 针对传统的除油工艺的缺点，为实现技术进步，提高生产效益，本文从常 温、高效角度出发开发了一种新型的常温高效的除油工艺。 1 3 本文研究内容 本文的主要研究内容： ( i ) 研翎适于轧钢铁鳞的常温、高效去油剂。 在常温除油工艺中，最重要的是去油剂的配制。水基清洗剂是金属清洗剂 的发展方向。它是一种以表面活性剂为主要成分，与助洗剂或其他添加剂配成 的制品。其水溶液具有洗净作用。它克服了石油溶剂清洗时存在的易挥发，易 燃烧和有毒等特点，减轻了环境污染，有利于安全生产。但目前市售的清洗剂 高温，高泡型品种多，因此能耗太大。 本课题通过试验研究，寻求适于铁鳞除油的高活性助洗剂和表面活性剂 的组成和配比，清洗以黄换型为主，以乳化型为辅，以实现降低清洗费用、 高效、节能、减少废液处理的要求。 ( 2 ) 本着投资少、见效快的原则，研制清洗设备。 由于清洗对象为粉状铁鳞，因此采用浸渍方法进行清洗，设计一种能提高 清洗效果、使用方便、经济、结构简单的清洗设备，适于企业生产使用。 ( 3 ) 根据试验，制定合理的清洗工艺条件。 ( 4 ) 根据含油废液性质，制定废液处理工艺。 根据废液的性质，制定合理的废液处理方案，使废油能够回收，废水能 达到国家排放二级标准。 第二章常温高效去油剂的研制 第二章常温高效去油剂的磅制 金属表面的清洗按清洗剂不同分为溶剂清洗和水剂清洗。 溶剂清洗大多采用汽油或卤代淫作为清洗剂，在使用时易引起火灾并造成 环境污染，目前，溶剂清洗已基本淘汰。 水剂清洗剂又分为两大类，一类是以碱性物质为主要成分称为碱性清洗剂， 另一类是以表面活性剂为主要成分称为水基清洗剂。传统的碱性清洗主要依赖 于碱和碱金属盐使动植物油脂皂化，使矿物油乳化，分散，从而达到清洗金属 表面的目的。这种化学除油工艺是在高温f 加热除油，不但能耗大，成本高， 而且污染环境，对操作者身体危害大，且清洗时间长，费用高。水基清洗主要 是依赖表面活性剂的定向吸附，胶束化以及由此产生的界面张力的降低、湿润、 乳化、分散等综合作用。 目前市售的水基清洗剂高温，高泡型品种多，能耗太大。虽然有一些常温 型的清洗剂，但都刁i 适合轧钢铁鳞除油。因此，有必要开发一种新型的适合轧 钢铁鳞常温高效的除油工艺。在常温除油工艺中，最重要的是清洗剂的配制”。 2 1 油污分析 含油铁皮的除油，需要完成清洗、漂洗、废油回收、废液处理等工艺过程。 清洗对象是轧制的含油铁皮，因此，应首先对铁皮的含油种类进行分析， 才能确定与之相应的去油剂的组成和清洗方法。 金属表面的油污中含有固体油污和液体油污，主要来自机械加工时所用的 机油和润滑油，包括动、植物油和五r 物油等。液体油污和固体油污常常不是单 独存在的，很多情况下是相互交错在一起形成的混合油污。其中动植物油脂可 被碱性皂化，而矿物油不能。这类污垢由于其表面张力较低，刺金属的黏附比 较牢固，它们不溶于水，而能溶于某些醇醚类及淫类的有机剂中，但是可以被 洗涤剂的水溶液乳化和分散”3 。 轧钢铁皮油污主要来自热轧工艺润滑剂。目前，国内几家大型钢铁企业有 现代化的高速线材设备，如唐钢、首钢等。他们用的润滑剂有s h e l l 2 2 0 、m o b i l 5 2 5 、 2 0 # 机械油。 其它类型的轧钢设备常采用的液体润滑剂：( 1 ) 矿物油一变压器油，1 2 # 、 第二章常温高效去油剂的研制 2 0 # 机油，1 1 # 、2 4 # 汽缸油，2 8 # 轧钢机油等，这些油一般以纯油方式应用。 ( 2 ) 动物油，属甘油脂和高分子脂肪酸的复杂混合物，植物油以纯油形式使用。 ( 3 ) 水一油工艺润滑剂等。以矿物油使用量最大，由于矿物油为非极性物质， 动植物油为极性物质，它们的极性基端可以定向吸附在金属表面上，而非极性 端又可以与矿物油分子很好地结合，从而促使矿物油分子也呈定向排列，形成 酣压、耐温能力较强的润滑膜，因此，工业生产上通常把矿物油作基础油，再 添加一定量的动植物油。 2 2 去油剂用料的选择及配方组成 2 2 1 金属水基清洗剂的组成及性能 金属水基清洗剂是以表面活性剂为主要成分，并加有其它添加剂组成的碱 性工业清洗剂，主要用于去除金属表面的油污、积炭等污物。 水基清洗剂是一种多组分的混合物体系。它的组成包括表面活性剂、助洗 剂、缓蚀剂、促进剂、助溶剂、稳定剂等。水基清洗主要是依赖表面活性剂的 定向吸附，胶束化以及由此产生的界面张力的降低、润湿、乳化、分散等作用， 与碱性物质综合反应，将油珠剥离分散到溶液中。 1 表面活性剂的分类、性能 表面活性剂是水基清洗剂的主要活性部分，在清洗过程中起主导作用”1 。因 此，需对其性质和用途作全面分析，以便正确、合理地选择，配制和使用。 表面活性剂按亲水基种类可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、 两性表面活性剂和非离子表面活性剂。 阴离子表面活性剂主要应用磺酸盐类，它对动、植物油的清洗效果较好， 主要用在洗涤织物和硬表面物体方面。阳离子表面活性剂可分为胺盐类和季胺 盐型两大类。它主要用于配制杀菌方面的洗涤剂。两性表面活性剂常用作杀菌 剂、洗涤剂、防蚀剂、染色助剂、柔软剂和抗静电剂。 非离子表面活性剂是目前金属清洗中用的最多、最。的一类表面活性剂。 它由羧基( - o h ) 和醚键( 一o 一) 结合，并以它们为亲水基。在水溶液中，极性 基不显电性，与水的亲和性通过氢键作用。非离子表面活性剂适用于矿物油的 清洗。 以非离子表面活性剂加入少量阴离子表面活性剂制成清洗剂“，以浸洗的方 式来清除金属构件上的油污效果很好。 2 助洗剂 第二章常温高效去油剂的研制 常温除油液除了应包含有最优化的表面活性物质外，还应加入高活性的助 沈剂。 助洗剂主要是指碳酸钠、磷酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠等弱碱 性物质。在除油液中主要起缓冲作用，保持除油液维持在- 定的碱度范围。同 时，中和油污中的酸性成分，使油污乳化。另外，还能增强表面活性剂的溶解 能力，从而提高除油能力。 三聚磷酸钠( s t p p ) 是合成洗涤剂中最重要的助洗剂，在水中能起到软化 硬水的作用，并能促使污垢粒子的分散。它具有较高碱性，通过皂化作用使脂 肪类污垢溶解。由于含磷量较高，会造成，重的环境污染，目前，发达国家已 禁止磷酸盐使用。 目前，有一种高结构的沉淀二氧化硅，具有高度吸附能力，良好的分散性 和一定的悬浮能力，并且具有一定的钙、镁离子的交换能力，它可用作洗涤助 剂。高结构二氧化硅作为一种新颖的助洗剂对解决由富磷引起的环境污染有很 大的现实意义。 2 2 2 目前市售的一些清洗剂的特点 在使用市售的清洗剂时，主要应依据以下原则慎重选择： 1 清洗剂应具有良好的去污能力。 2 对清洗对象无不良影响。 3 质量稳定。 4 。价格低廉。 常温洗涤剂的关键是表面活性剂的选择及碱液的配制比例。通过对几种常 温金属清洗剂”“”的比较可以为含油铁皮的去油剂的研制提供参考。 16 0 6 金属洗涤剂 该清洗剂由强碱、助洗剂、稳定剂、增溶剂、表面活性剂等组成。 6 0 6 金属洗涤剂含氢氧化钠强碱1 0 左右，作用是保持除油液一定的碱度。 实验证明，除油效果较好的金属清洗剂，其碱性一般较强。助洗剂含有碳酸钠， 三聚磷酸钠等弱碱性物质，与表面活性剂起着协同作用，使表面活性剂的作用 增效。稳定剂是烷基醇酰胺，羟甲基纤维素等。增溶剂为尿素和二甲苯磺酸盐。 表面活性剂主要应用了9 5 0 1 表面活性剂。 6 0 6 金属清洗剂适用于5 度以上的气温，除油速度快，效率高，用量少，除 油后用冷水漂洗即可，不含亚硝酸盐，无毒无味。缺点是含有氢氧化钠，在空 气中易潮解。 适于采用的清洗方法有喷淋、浸洗、刷洗等，对于一般小件可放入滚筒， 一苎三至堂塑堕望查鎏型塑堡型 在除油槽内旋转翻动，使零件各部分均能与油液发生作用，从而加快除油速度， 提高除油效果。 2 清洗啤酒瓶油污的清洗剂 酒瓶油污有动植物油、矿物油、烟尘、泥沙、金属粉末等，冈此这种清洗 剂的组成对本课题的研究也有一定的参考价值。其成分组成如下： 定量的碱性物质，作用是使清洗液具有适当的碱度，使油充分皂化并溶于 水。一定量的硅酸盐，硅酸盐水解后产生胶束结构的多硅酸，它可以吸附矿物 油等污垢，并具有很好的悬浮、分散和乳化性能，可避免污垢的再沉积。有机 助洗剂，作用是软化硬水，具有一定的钙、镁离子交换能力。表面活性剂选用 非离子表面活性剂复配以阴离子表面活性剂。 3 节能型金属清洗剂 该清沈剂成分以水为主，复配以表面活性剂、防锈剂等。这种节能型金属 清洗剂质量稳定、可靠、成本低、清洗能力强，对人体无任何副作用。 表面活性剂是金属水基清洗剂的关键组成部分，它决定油渍的净洗率。通 过实验证明，用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配，去污率明显提高。 助洗剂与表面活性剂起着协同作用，使之增效。 2 2 3q y 9 7 一j 型去油剂组分的确定 去油剂的用料要根据润滑剂的主要成分考虑，查阅大量资料表明，对于铁 皮表面的清洗除油采用各种类型的表面活性剂复配是研制常温、高效铁皮去油 剂的最好途径。经过一年的上百次反复试验，和采用正交试验法，确定了七种 主要化学药剂“，以非离子表面活性剂为主剂达到渗透、剥离的效果最好，选 择了它们的最佳复配比例，见表2 1 。 表2 - 1q y 9 7 一j 型去油剂组成 配方组成质量百分比配方组成质量卣分比 a r s ( l a s ) 1 26 5 0 1l 2 a e so 5 1 bs 一1 2 1 2 脂肪醇聚氧乙烯醚 2 4 stp 8 l o 烷基酚聚氧乙烯醚 1 2水余量 碱p h 1 2 配方中的主要成分的性能如下 第二章常温高效去油剂的研制 烷基苯磺酸( l a s ) ：是表面活性剂中产量大，应用广的品种之一，属于阴 离子表面活性剂，不论色泽、流动性及水中泡沫、乳化润湿、去污等能力都比 较好，且来源广泛。 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠( a e s ) ：活性物6 8 7 2 ，无机盐 3 ，游离油 3 ，p h 值7 8 5 ，应用广泛。具有优良的润滑及去污性能，超泡迅速，但不稳 定，属于阴离子表面活性剂。 烷基酚聚氧乙烯醚( t x 一1 0 ) ：可作洗涤剂、润湿剂、乳化剂、匀染剂， 不易被织物吸附，易漂沈，除油污效果好。 表2 一l 中总活性物含量：5 8 。活性物含量越高，去油效果越好。通过大 量试验得出：一般活性物含量为1 3 即达清洗效果。考虑到生产成本问题， 本文讨论了去油率与去油剂稀释比的关系，见表2 - 2 。由表2 2 看出：稀释比为 1 ：2 时，洗一吨铁皮需要的价格最低。 表2 - 2 去油剂的稀释比例对铁皮去油率的影响 稀释比例活性物含量清洗铁皮量去油率】洗液价格 l ( 水+ 去油剂) ( ) ( 吨) ( ) ( 元) j + 】2 9 0】5 09 5 8 59 7 5 1 + 21 9 31 0 09 3 8 55 7 0 1 - - 31 4 5 7 09 0 8 54 2 0 4 每7m 3 稀释后的洗液清洗铁皮的量，温度：2 0 。c 轧钢铁皮中的动植物油脂、脂肪酸可以被碱液皂化，故p h 越高，温度越高， 去油效果越好。大量试验证明：p h = 1 2 ，室温。而矿物油则不能皂化，通过表 面活性剂的润湿、渗透，一定的乳化和置换、分散作用达到从金属表面的剥离。 本文研制的q y 9 7 - j 型去油剂有两个特点：适于在8 4 0 。c 操作，去油率均 满足工业生产的要求。高效率，7m 3 的清洗液( 活性物含量：1 9 3 ) 洗6 吨铁皮只需约2 5 r a i n ( 不包括沉降和漂洗) 。这是由于q y 9 7 - j 型去油剂主要成 分是脂肪醇和烷基酚类的聚氧乙烯醚表面活性剂，它同时又起两亲溶剂的效果， 此外还有两性离子型活性剂，有正负电行为。所以，从机理上认为活性剂有 部分乳化油污，同时存在着表面活性剂置换油污的道理。 2 3 去油机理 含油铁皮上的油污牢固的附着在金属表面上。在清洗中，如果表面活性剂 - 8 一 第二章常温高效去油剂的研制 的表面活性高，界面张力降低就大，则界面吸附形成一定强度的界面膜，使乳 状液稳定，油污点就不易再沉积于会属表面了，所以乳化作用在清洗过程中很 重要。 表面活性剂的性质是由它们的分子结构中有长链疏水基和短链亲水基所决 定的。当水剂清洗金属表面污垢时，活性剂中的亲油部分吸附在金属表面油垢 上，并与它们互溶，而亲水部分利用其水分吸附力与润湿性，渗到金属表面与 污垢中间，使界面吸力下降、松弛，利用其乳化、增溶、分散性，可有效地阻 止油垢分子再凝结，并不再沉积在表面上，而后借助机械搅拌，抖动，利用其 泡沫浮动性，便可以使油垢脱离工件表面而卷离清洗液中去，达到除污垢的目 的。当表面活性剂处于临界胶束状态时，清洗效果最好。 油垢中固体油渍的去除，主要借助于表面活性剂对金属表面的润湿和界面 的吸附作用。改变了固体颗粒油污与金属表面之间的界面能，降低了相互之间 的引力，使之分离。 液体油污的去除，主要靠清洗剂中表面活性剂的渗透作用和乳化作用。液 体油渍在金属表面一般是薄层油膜，清洗液渗透到表面与油膜之间，对油污润 湿乳化，最终剥落下来，被分散到清洗液中，由于表面剂的增溶作用，阻止它 再黏附到金属表面。 常温除油的效果除了取决于清沈液的成分、浓度外，清洗温度、使用时间 长短、搅拌作用等也起着决定作用。 去油机理的探讨 金属表面常带正电荷，油污带负电荷。分子间的相互吸引是造成油污附着 在物质表面上的主要因素。当其带电荷时，容易聚结在物体表面上，特别是两 者所带电荷不同时黏附更为强烈。表面活性剂种类繁多，但其分子结构有一共 同特征，即表面活性剂分子般都由非极性的亲油( 疏水) 的碳氢键部分和极 性的亲水基团组成。此两部分处于分子的两端，形成不对称结构，它既有亲油 性又有亲水性，故称两亲分子。见模型图2 1 。 7 、 、，、，一，、 l 紊水基紊油基 闰2 - 1表面活性剂分子模型 第二章常温高效去油剂的研制 这种特殊的分子结构使他们在水中或油中混合液中具有特殊的分布一较集 中的定向吸附在表面或界面上，而液体内部浓度较小，从而大大降低表面张力 或界面张力，进而实现润湿、渗透、乳化、置换、分散、增溶的去油污效果。 轧钢铁鳞为粉末或碎片状，与一般的会属表面如机器零件的清洗相比，表 面积大大增加，油污铺展度极大。以矿物油为基础的工业润滑油，包裹在近似 球形的外表面，黏附牢固，形成第一吸附层，而清洗液的表面活性剂分子胶团 只有深入到铁皮与第吸附层之间才能把油膜剥离f 来。其清洗过程如图2 2 。 ( 3 ) 图2 - 2 清洗过程 图中： ( 1 ) 为油膜附着在轧钢铁鳞上的状态，此时表面活性剂分子定向吸附在油膜 与清洗液的界面上，形成第二吸附层。 佗) 在洗液和机械力搅拌的双重作用下，油膜逐渐离开金属表面。 f 3 1 在油膜比较薄的位置处，完整的油膜出现缺口，洗液渗透到金属与油膜 z i 司，油膜收缩，去油剂分子进入到油膜内部，占据了油污的位置，把油污置 换下来。 f 4 1 油污以小油滴的形式进入到溶液中去，矿物油比重小，小油滴很快聚集 第二蕈常温高效去油剂的研制 并浮于液面之上，还有小部分润滑油d j , g l 化状态进入到溶液中。 这可能是：动植物油属脂肪酸甘油脂，整个分子中的氧原子个数比非离子 表面活性剂的少，就显示出总的极侮小。体系中非离子：阴离子= 10 ：0 6 ， 非离子表面活性剂中氧上的孤对电子更易与金属表面配位，吸附到金属表面上 而把润滑油置换出来。表面活性剂的亲水基朝向溶液，非极性基朝向金属，但 表面上的吸附并不是很牢固，经过机械力搅拌下的清水漂洗，最后轧钢铁皮的 去油率达到8 5 以上，完全符合工业生产的要求。 应该提出的是：油污的去除与油污的黏附有关，而黏附强度涉及到金属电 化学、胶体化学、热力学、结构化学、表面科学等多种学科。因此，这罩讨论 去油机理，是在试验结果下的探讨。 2 4 去油齐0 的配韦0 工艺 2 4 1qy 9 7 一j 型去油剂的配置工艺 投料顺序是按各组分的比重、溶解度和投料量等因素来确定的。不同配方 由于组成不同投料顺序有所不同，首先按照配比组成取适量的自来水，依一定 的投料顺序逐步加入各种组分并以中、慢速搅拌溶解。温度控制在4 06 c 左右， 不超过6 0 ，搅拌时间为2 0 3 0 m i n ，呈透明粘稠液体。流程图见图2 - 3 。 ( i ) 表面 ( 2 ) 助洗剂( 3 ) 补水 ( 4 0 。c 搅拌) 图2 - 3去油剂的配置流程图 2 4 2q y 9 7 一j 型去油剂的试制过程 稀释使_ | _ j q y 9 7 - - j 型去油剂的试制过程中，按下列程序进行： 1 制定试验方法。根据选用的原料，订出几个平行方案。根据方案，定出 基本试验配方和变量的试验范围。在实验室内进行。 2 根据原材料性能、用途，确定试验项目，然后按项目试验。 3 选择最佳配方。采用正交试验法对配方进行取舍，选择其综合平衡性最 第二覃常温高效去油剂的研制 好的配方。 4 确定配方，配比反复试验，在唐钢钢铁厂进行工业性试验。 在试制过程中，对溶液的p h 进行了摸索。开始由于p h 控制过低( 大约在 9 左右) ，未稀释的去油剂铁皮的去油率只有9 2 ，成本很高。经过认真分析， 本着常温、高效适于轧钢铁皮的去油原则，反复试验，认为：加碱有两个作用： 一是中和十二烷基苯磺酸为磺酸钠；二是在室温下皂化动植物油，p h 值越高皂 化能力越大，考虑到碱性过大对设备的腐蚀，选用最佳的p h 为1 2 ，并要求每次 加铁皮之前都要进行p h 的调节。由于去油剂中含有b s - - 1 2 、s t p 等缓蚀的化 学药剂，又做了试片全浸的腐蚀试验，结果证明：全浸半年以上无明显腐蚀现 象。 2 5 试验效果 2 5 10 y 9 7 一j 型去油剂性能试验 q y 9 7 一j 型清洗剂的性能指标见表2 - 3 。 表23q y 9 7 一j 型清洗剂的性能指标 项目产晶性能 外观 3 溶液为透明液体，均匀、不分层、无沉淀 p h 值( 2 5 ) 1 2 去油率( 4 6 号钢试片) 9 8 去油率( 铁鳞) 9 3 8 5 高温稳定性( 6 0 _ + 2o c ，6 h )均匀、不分层 低温稳定性( 一5 2o c ，2 4 h ) 均匀、不分层 漂洗性( 不锈钢)无明显残留物和斑纹 不同温度下的去油率试验见表2 - 4 。 表2 4 温度试验( 4 5 号钢试片，p 1 1 = 1 2 ) 温度 02 02 5 3 0 去油率 7 59 69 89 9 不同碱度下的去油率试验，结果见表2 - 5 。 第二章常温高效去油剂的研制 表2 5 碱度试验( 4 5 号钢试片，2 56 c ，3 溶液) p h 值 8 91 01 2 去油率9 29 69 8 防腐蚀性及防锈性试验，结果见表2 - 6 。 表2 - 6 防腐及防锈性能试验 项目4 5 钢一级铸铁h 6 2 黄铜l y l 2 a 1 腐蚀性 l ( 2 h ，8 0 2 ) 0 级0 级0 级0 级 防锈性 l ( 2 4 h 3 5 2 。c )0 级0 级0 级0 级 注：防锈性：0 级一无变化。 腐蚀性：0 级一黑色金属无锈光亮不变；黄铜与打磨试片比较微变色；铝光亮不变。 2 5 20 y 9 7 一j 与0 j - 3 清洗效果对比试验 目前。公交行业车辆维修时，采用水基清洗剂c j 一3 进行喷淋清洗。以除去金 属表面的润滑油、油脂及泥土、灰尘等污物。存在的主要问题是清洗温度高( 6 0 - 7 0 ) ，去油率低( 8 9 ) 。与c j 3 清洗剂相比，q y 9 7 一j 清洗剂去油率提高到9 8 以上。 两种清洗剂各配成3 浓度的清洗液用于对比试验。 q y 9 7 - j 清洗工艺条件：p h = 1 2 ：清洗温度2 5 。c ：清洗时间1 0 r a i n 。 c j 一3 清洗工艺条件：p h = 1 2 ；清洗温度6 06 c ；清洗时间1 0 r a i n 。 试验结果见表2 7 。 第二章常温高效去油剂的研制 表2 7q y 9 7 一j 与c j 一3 清洗效果对比 清洗剂金属材料使用效果 去油率( ) 润湿性腐蚀性防锈性 4 5 钢无无锈 c j 一3黄铜 8 9较好 变色 有斑点 铝锈蚀有斑点 铸铁无无锈 4 5 钢 尢无锈 q y 9 7 一j 黄铜 9 8 完全润湿轻微变色无锈 铝 光亮不变 无锈 铸铁尢无锈 2 5 3 结论 q y 9 7 一j 型金属清洗剂各项技术指标均已达到或超过国家标准。满足工厂 生产实际要求，节省了能源，降低了清洗成本。对钢铁、c u 、a l 金属均无腐蚀。 生产：工艺简单，无毒、无害，使用安全。 第二章清洗方法及清洗l 艺 第三章清洗方法及清洗工艺 水剂清洗工艺主要包括两方面内容：一是根据被清洗对象的特征及所黏附 污物的性质选择合适的水基清洗剂和清洗方法。二是清洗后被清洗对象表面残 留液膜的脱除。前者关系到能否保证清洗质量，达到清洁度的要求；而后者则 关系到后续工序的进行以及二次污染的问题。 合适的清洗工艺不仅关系到清洗效果的好坏，而且和产品质量、生产率、 经济效益、设备维护及废液处理等相联系。 3 1 清洗方法 在清洗过程中，机械力是影响洗液效果的一个重要因素，机械力与清洗液 同时冲击金属表面的油污时，可以有效地破坏油污和金属的黏附，促进油污剥 离。因此，机械力、溶解力、表面活性力等综合作用可以达到最佳作用效果。 在清洗系统中，有关机械作用和表面化学作用各占多大比率的问题，日本角j ：；f | 教授的试验结果表明：在相当于通常的清洗条件下，用5 0 1 5 0 r p m 的转速，产 生的去污率各为5 0 。而在较低的速度时，主要是表面化学的作用，较高的转 速时，则主要是机械力起作用。见图3 1 。 根据理论分析，参考其它的资料“”“”以及本课题所作的试验，考虑被清洗 的铁皮尺寸小、处理批量大等特点，同时考虑到低成本的要求，本文研制了一 套含油铁皮的清洗方法。 工作原理如下： 将铁皮浸入装有清洗液的槽中，铁皮在搅拌悬浮设备作用下处于悬浮状态。 在强有力的搅拌和高的表面活性力作用下，铁皮上的油污去除率在清洗定时 问后达到要求，停止搅拌，铁皮在重力作用下沉降，油浮在清洗液的上层。浮 油通过排油口排出，然后回收利用。铁皮沉降后，由除渣v a 排出，再经过相同 的设备进行漂洗，最后铁皮自然风干。 清洗量要求2 0 吨日，清洗槽每次装入的铁皮量为2 吨。另外，由于每次 清洗铁皮的量较大，搅拌轴的转速也以低速为宜。因此，方案确定为：铁皮加 入清洗槽，浸入清洗液中，通过搅拌达到去除油污的目的。每3 0 分钟清池一次， 清洗搅拌时间1 5 分钟，沉降5 分钟。 第三章清洗方法及清洗i 艺 摹 嚣 丑 g 旺 世 外 章 剐 s 图3 - 1 在清洗作用中机械作用的比率( 角田) 3 基 r 贮 粕 由于使用的是常温高效q y 9 7 一j 去油剂，因此，清洗完一槽铁皮之后，可在 清洗液中再补加一定量的去油剂，使之达到活性物指标后再继续使用，直到不 再具有清洗效果时，由排废液口排出。 3 2 清洗工艺 根据工厂的实际条件及轧钢铁鳞的除油要求，通过试验制定了清洗工艺流 程和清洗工艺条件“。初步试验在试验室完成，工业性试验在唐钢炼铁厂进 行。 制定的清洗工艺流程见图3 - 2 。 在清洗过程中，按以下工艺条件操作。 ( 1 ) 清洗溶液的p n = 1 2 。 ( 2 ) 清洗时的温度为室温，温度范围可在8 4 0 之间，根据室温的变化调节 去油剂的稀释比。 ( 3 ) 搅拌时间、速度：搅拌时问一般为1 2 1 5 m i n ，去油率为8 5 9 3 ，试 验证明搅拌速度合理的范围为：5 0 1 0 0 r p m 。 ( 4 ) 铁皮一次处理量：按每池3 ，5 m 3 的洗液计算，约为2 吨。 ( 5 ) 铁皮在洗液中两分钟时的沉降率为8 6 0 a 兰三 蛐 如 。 第三章清洗方法及清洗l 艺 0 y 9 7 一j 去油剂水 图3 - 2 清洗i 艺流稗 第四章机械设备设计 第四章机械设备设计 清洗的对象为粉状铁皮，清洗方法为浸渍清洗。将铁皮浸入清洗槽的清洗 液中，并进行搅拌，充分混合清洗，经过一段时间的搅拌，静置沉降，此时，上 层为油液，铁皮沉在槽底。 打开槽底的出渣口，铁皮降落在水泥通道上，等待下一步的漂洗，干燥； 上层的油液通过排油阀排出，回收利用；清洗液是高效水基清洗剂，洗完一槽 铁皮后，在清洗液中再加入一定量的清洗剂继续使用，直到不再具有清洗效果 时，由排废液阀排出。 在设计清洗设备的过程中，重点考虑了影响搅拌效果及铁皮悬浮的如下几 个因素： 1 清洗槽的形状及尺寸 2 搅拌器的型式及产生的“流型” 3 搅拌速度及“打漩”现象 4 除渣部分的设计 4 1 清洗槽的设计 4 1 1 清洗槽的形状设计 为使铁皮与清洗液充分混合，达到好的清洗效果，在搅拌过程中不应产生 死角，所以，清沈槽设计成圆柱型。槽的底面设计成倾斜一定角度的斜面，这 样，便于清除沉降的铁皮。参考化学工业的沉降槽形式“”来设计清洗槽。 清洗槽的外形设计为底部稍带锥形的大直径圆槽，设计成锥形底部便于铁 皮沉降，沉降