冷轧酸洗线工艺.ppt

首钢1850冷轧线酸洗工艺 目录 1 酸洗理论基础 1 酸洗概述 2 酸洗原理 3 影响酸洗的因素 4 紊流酸洗 5 酸洗后序处理 漂洗工艺 6 酸洗引起的带钢缺陷2 首钢1850mm酸洗工艺设计 1 1850mm工艺流程 2 1850mm化学工艺段设计描述 3 1850mm酸洗模型 酸洗概述 酸洗定义 酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程 通常采用盐酸 HCl 因此也叫化学酸洗 酸洗概述 酸洗目的 目的 去除热轧带钢表面的氧化铁皮 铁锈 轧制时会将氧化铁皮压入带钢基体 影响冷轧板表面质量及加工性能 氧化铁皮破碎后进入冷却润滑的乳化液系统 损坏设备并缩短乳化液使用寿命 损坏轧辊 酸洗概述 除磷 氧化铁皮 方法 机械除鳞 化学除鳞 机械 化学联合除鳞 砂轮研磨弯曲破鳞喷丸破鳞 有酸除鳞无酸除鳞碱洗除鳞电解除鳞 喷丸破鳞 酸洗拉矫 酸洗 弯曲 酸洗 酸洗概述 酸洗种类 盐酸酸洗 硫酸酸洗 氢氟酸酸洗 磷酸酸洗 混合酸酸洗 硝酸酸洗 酸洗种类 酸洗概述 酸洗技术发展 深槽酸洗 浅槽酸洗 浅槽紊流酸洗 早期 酸液深1000 1200mm 70年代中期 酸液深400 1000mm 70年代末期 1983年德国MDS公司开发了紊流酸洗 酸液深小于400mm 酸洗概述 三种酸洗技术的比较 酸洗概述 酸洗机组 按带钢酸洗的过程分类可分为连续卧式酸洗机组 连续塔式酸洗机组和半连续式酸洗机组 它也称推拉式或推式 酸洗概述 酸洗机组的比较 连续酸洗机组 连续式酸洗机组的工艺特点是钢卷逐卷展开后 钢卷与钢卷之间头尾焊接起来连续地通过酸洗槽 酸洗概述 酸洗机组的比较 推拉式酸洗机组 推拉式酸洗机组酸洗 每根带钢经夹送辊依次咬入 不用焊接 推送向前 直至卷取 逐卷带钢间断地通过酸洗机组 酸洗概述 酸洗机组的优缺点比较 酸洗原理 氧化铁皮的形成 氧化铁皮是金属在加热 热处理或在热状态进行加工时形成的一层附着在金属表面上的金属氧化物 酸洗原理 氧化铁皮的形成 轧件经粗轧后沿辊道向热连轧轧机运行时 温度为1000 左右 这时在轧件表面上已生成了一层薄的氧化铁皮 而轧前高压水除鳞机可将它们清除掉 当轧件在连轧机上轧制时 板坯在各机架轧机间暴露的时间极短 而且大的压下阻碍了带钢表面上形成厚的氧化铁皮 而所形成的氧化薄膜立即被破坏并受到水的冲洗 因此 可以说刚刚从精轧末机架出来的带钢 虽然温度有780 850 的较高温度 但带钢表面的氧化铁皮是极薄的 带钢从精轧末机架出来后 进入喷水装置 而后卷成带钢卷并缓慢冷却 就是在这段时间里 带钢表面被氧化而生成氧化铁皮 酸洗原理 氧化铁皮的形成 结论 带钢表面的氧化铁皮是热轧带钢在终轧后 卷曲时及冷却时产生的 酸洗原理 氧化铁皮的形成 在从精轧末机架出来的带钢表面上 铁原子首先与空气中的氧原子结合形成第一层氧化物 这层氧化物可能是致密的Fe3O4 或者是疏松的FeO 在第一种情况下 氧化铁皮的进一步增长过程可能只靠氧和铁的离子扩散来进行的 在第二种情况下 空气中的氧可自由地通过多孔 疏松的氧化铁皮 而使氧化铁皮加厚和致密化 无论上述哪种情况 最终结果就是形成了我们通常所看到的带钢表面的氧化铁皮 酸洗原理 氧化铁皮的形成 Fe O FeO Fe3O4 Fe2O3 酸洗原理 氧化铁皮的形成 含氧量222426283032 温度12001000800600400 Fe3O4 Fe2O3 铁氧状态图 酸洗原理 氧化铁皮的形成 氧化温度对氧化铁皮的影响图 温度 摄氏度 7009001100 FeOFe3O4Fe2O3体积总分子量 FeO Fe3O4 Fe2O3 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 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 所以带钢表面上所生成的氧化铁皮的结构 厚度性质亦有所不同 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 红色氧化皮表面 生成温度570 1100 带钢基体 富氏体FeO 磁性体Fe3O4 氧化铁Fe2O3 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 红色氧化皮表面 生成温度570 1100 但从570 开始缓冷 带钢基体 磁性体Fe3O4 氧化铁Fe2O3 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 蓝灰色氧化铁皮表面 生成温度大于1100 带钢基体 富氏体FeO 磁性体Fe3O4 酸洗原理 带钢氧化铁皮组织结构 结论 经过一般的热轧和退火后 氧化铁皮由FeO相组成 Fe3O4层仅为氧化铁皮层的4 18 在许多情况下没有Fe2O3 且氧化铁皮层不分层的 在铁被氧化的同时 体积增大使氧化铁皮层出现裂缝和起皮 从而使生成的氧化铁相互渗透而且是不规则的 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 影响带钢表面氧化铁皮的因素终轧温度及速度冷却速度卷曲温度轧辊粗糙度 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 终轧温度和轧制速度 温度 摄氏度 4006008001200 氧化速度 准确控制轧制速度 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 冷却速度 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 卷曲温度 氧化温度对氧化铁皮的影响图 温度 摄氏度 7009001100 FeOFe3O4Fe2O3体积总分子量 FeO Fe3O4 Fe2O3 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 轧辊粗糙度 酸洗原理 有利于酸洗的氧化铁皮 结论 对酸洗有利影响的带钢应满足低的终轧温度和较高的轧制速度低的卷曲温度较高的冷却速度光滑的轧辊 酸洗原理 带钢表面氧化铁皮的可酸洗性 酸洗可能性 酸洗原理 酸洗机理 溶解作用 氧化铁皮与酸发生化学反应而被溶解 机械剥离作用 金属铁与酸作用生成氢气 机械地剥离氧化铁皮 还原作用 生成的原子氢使铁的氧化物还原成易于酸作用的亚铁氧化物 然后再与酸作用而被除去 酸洗原理 酸洗机理 Fe2O3 H2SO4 Fe2 SO4 3 H2O 溶解作用 FeO H2SO4 FeSO4 H2O Fe2O3 HCl FeCl3 H2O Fe3O4 HCl FeCl3 FeCl2 H2O Fe3O4 H2SO4 Fe2 SO4 3 FeSO4 H2O 反应能力 FeO HCl FeCl2 H2O 反应能力 酸洗原理 酸洗机理 机械剥离作用 Fe2O3 Fe3O4 FeO 基铁 Fe HCl FeCl2 H2 占33 Fe H2SO4 FeSO4 H2 占78 酸洗原理 酸洗机理 还原作用 Fe2O3 Fe3O4 FeO 基铁 Fe HCl FeCl2 H2 Fe2O3 H FeO H2OFe3O4 H FeO H2OFeCl3 H FeCl2 HCl H H2 影响酸洗的因素 材料物理性因素工艺因素 影响酸洗的因素 影响酸洗的因素 氧化铁皮组成结构及厚度 影响酸洗的因素 钢铁成份及合金组成 使致密 使疏松 Mg Ca SiO2 尖晶石结构Cr2O3 FeO 不锈钢 Al C 影响酸洗的因素 带钢厚度 带钢冷却工艺 氧化铁皮 带钢厚度及冷却工艺 影响酸洗的因素 酸液种类 影响酸洗的因素 酸液温度 浓度 以盐酸为例 提高酸液的浓度和温度也同样能够增加酸洗速度 如前所述 在盐酸酸洗中 浓度对酸洗速度的影响大于温度对酸洗速度的影响 例如 当酸浓度从2 增大至经25 时 盐酸酸洗的速度增加约10倍 当温度自18 升高至60 时 盐酸酸洗速度提高9 10倍 影响酸洗的因素 酸液铁盐偏含量 酸含量增加和温度升高时 酸洗时间可减少 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 以后 酸洗时间又急剧增加 一直到FeC12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 影响酸洗的因素 机械拉矫影响 带钢经拉伸矫直机反复弯曲变形后 由于氧化铁皮与基铁的塑性不同 氧化铁皮将会不同程度地从带钢表面上剥落下来或产生裂缝 因此 破鳞将能明显地增加酸洗速度 实验指出 用硫酸酸洗时 采用破鳞机可减少10 50 的酸洗时间 影响酸洗的因素 紊流影响因素 在连续酸洗机组中 酸槽内的酸溶液不仅受酸槽结构和喷头压力的影响 还受到在酸溶液中运动的带钢和酸洗时生成的氢气所搅动 因此 凝聚在带钢表面上的蒸气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不断更新 酸液成分保持均匀 同时也能更好地让酸与带钢表面接触 这样可以使酸洗过程进行得更快更好 从而提高了酸洗速度 关于紊流 后面有详细讲解 影响酸洗的因素 其它 最后应当指出的是 一些含碳量较高强度较大的中 高碳钢 为了便于轧制 在酸洗之前都要进行退火处理 初退火 这些经过初退火的带钢 长时间 大约24小时 在高温 约780 下加热 使得钢板表面的氧化膜加厚 加之钢中的硅 铬等元素的原子在高温下较多地从钢板内部向外扩散并与钢板表面的氧原子结成难溶的氧化物 从而增加了酸洗的困难 为了除去这些初退火后带钢表面生成的氧化铁皮 就必须增加酸的浓度 延长酸洗时间或采用混合酸酸洗 如硫酸 酸洗时加入食盐 形成硫酸和盐酸的混合酸 紊流酸洗 引言 热轧带钢的表面铁鳞与酸液的化学反应速度受多方面因素的影响 如酸液的浓度和温度 钢板表面温度等 不可能无限制的提高 但另一方面 在实用的范围内 通过提高酸洗速度 达到促进扩散 使钢板表面温度迅速达到酸液的温度 这样就必须加快钢板表面的物质传递 即酸和化学反应物的扩散 改善传导率 其方法就是使酸液在带钢表面形成高速紊流 促进物质传递 达到使钢板表面急速升温的目的 从而大大缩短酸洗时间 紊流酸洗 形成紊流的条件 工艺 结构 带钢 带钢速度V 酸液喷头压力 酸液流动 酸液喷头压力 紊流酸洗 工艺影响方面 紊流酸洗 酸洗槽结构影响方面 紊流酸洗槽由具有特殊几何形状的水平通道组成 为获得紊流 对通道的轮廓是有要求的 一般把酸洗槽制成 扁管 形 管内充满酸液 管 的高度只有150mm左右 因此内充液量也较少 几个槽子形成一定长度的酸洗槽 应用了浸渍式的内盖 以保证带钢上表面的氧化铁皮能较好的溶解 大大节约了能源和减少酸雾量 在循环泵作用下酸液能快速循环 强化酸液的紊流 从而强化了酸液和带钢之间的传热传质 特别是由于强化了传热 缩短了酸洗时间 从而提高了酸洗速度 从图上可以看出 紊流酸洗槽里面形成水平沟道的断面是酸液形成紊流的先决条件 沟道的上顶盖即内盖与外盖通过钩头联接 同外盖一样 内盖沿酸槽的长度方向分段串列布置 它可因酸液的紊流程度上下轻微跳动 内盖的作用一方面是使酸液流动的通道狭窄 另一方面可以保证不会出现游离酸的蒸发表面 减少酸雾量 紊流酸洗 紊流酸洗的主要特点 带钢以高张力平直通过酸洗工艺段时 整个机组的张力达到最佳化 结果取消了一些张力单元 酸洗槽前 烘干机后的张力辊 和专门的张力控制系统 垂度控制和摆动辊 整个机组高而均匀的张力保证了拉矫机处于最佳的张力分布 而且使带钢通过机组的运行状况得以改善 特殊的槽盖 带有浸渍式的内盖 和有轮廓的酸洗槽形成紊流酸洗通道 在酸洗通道内有较少的酸液 液位约150mm 有利于酸液的循环和充分利用 同时 发生事故时 仅需2 3分钟就可以排空酸洗槽内的酸液 在优化的酸洗条件下 酸洗通道内形成高效率的紊流 通过紊流可以快速加热带钢和彻底去除带钢表面的氧化铁皮微粒 提高带钢表面的清洁度 缩短酸洗时间 由于酸液在循环系统中具有高的动能 可以使酸液很快渗入到铁皮的缝隙中 加快了酸洗速度 与深槽和浅槽相比 紊流酸洗的时间最短 在相同的酸洗速度下 紊流酸洗槽长度较传统的酸洗槽要短 而对于相同长度的酸洗槽 酸洗速度就会增加 在速度不变的情况下 可以相应地降低酸液的温度 减少废酸量在连续深槽或连续浅槽酸洗的实际操作中 废酸中铁离子浓度达到120g L时 需排放到酸再生区进行处理 而在紊流酸洗的操作中 废酸中铁离子的浓度允许达到125 165g L时 才可排放到酸再生区进行处理 并可保证带钢酸洗质量 这是由于紊流酸洗时 酸液与带钢表面的铁鳞能充分进行化学反应 废酸量的减少意味着所需废酸再生装置能力的减少 既可节约建设投资 也可减少环境污染 减少槽内带钢跑偏量由于带钢通过的断面狭窄 带钢在槽内几乎是在液面上平行拖过 所以带钢能以很高的张力 大约9 8 11 8MPa 在槽内运行 从而可使带钢跑偏量减至25mm 而在深槽酸洗中由于带钢呈无张力运行 因而跑偏量有时可达200mm多 设备重量轻从前面的结构分析中得知 紊流酸洗的液面很浅 只有150mm左右 整个槽的深度只有1000mm左右 而深槽酸洗的酸液面深1200mm 槽深近2000mm 所以 可明显看出紊流酸洗的设备重量大大减少 漂洗工艺 为什么要进行酸洗后漂洗 冷轧带钢生产过程中 酸洗后的带钢表面上带有一定量的残余酸液 其成分与末段酸洗槽成分相同 一般总酸值为200g L 铁离子为30g L 游离酸为160g L 这些表面残留的酸液若不及时清洗 一方面 带到轧机里后 影响乳化液系统的pH值 较多的Cl 会造成乳化液破乳现象 影响乳化液的润滑性能 另一方面 带钢表面残留的酸液会在带钢表面引起如下反应 2HCl Fe FeCl2 H2 1 FeCl2 2H2O Fe OH 2 2HCl 2 2Fe OH 2 H2O 1 2O2 2Fe OH 3 3 Fe OH 3为棕红色的沉淀物 不稳定易分解 Fe OH 3 FeO OH H2O 4 FeO OH 即是水锈 有时即使酸洗后带钢表面看起来很干燥 反应也能发生 这主要是因为空气的湿度为反应提供了足够的水 轧制前带钢表面的水锈对轧制过程极其有害并且会严重影响冷轧产品的表面质量 因此要减少带钢表面残留的酸液 漂洗工艺 漂洗需考虑的问题 对于从酸槽末段出来的一定的带钢来说 漂洗效果受以下几个因素影响 漂洗用水漂洗槽数量漂洗过程控制喷淋系统及其状态挤干辊状态泵和过滤系统状态 漂洗工艺 漂洗用水 漂洗水循环系统设在酸洗机组工艺段传动侧 其作用是 正常工作时供给漂洗槽一定温度的热水 主要采用冷凝水 漂洗水选用冷凝水原因有二 冷凝水水中溶解物质少 若使用普通水 水中的各种溶解物质会最终残留在带钢表面形成水印 而水中的Cl 会增加末段漂洗槽中Cl 的总量 使带钢表面产生水锈 漂洗段排出的漂洗水中 因为含有少量盐酸 不能直接排放掉 要进行回收 一般用作盐酸再生过程中的吸收水 如果使用普通水 再生酸中的杂质含量会增加 导致废酸中杂质含量增高 最终导致氧化铁粉中杂质含量增高 影响氧化铁粉的等级 漂洗工艺 漂洗槽数量 如图所示 漂洗过程采用反向梯流法 即漂洗水打到漂洗槽末段 其运动方向与带钢的运动方向相反 形成梯流 从第一段出来经漂洗罐收集起来 理论假设以上三种条件各段相同 则带钢从每一段出来后 带钢上下表面所 携带 的液体量是一样的 称其为 携带量 理论上 携带量相等 用q平表示 正常情况下各段之间的漂洗水梯流量相等 用F表示 那么可以推导出漂洗水梯流量有以下公式 由此可见 漂洗段数量越多 漂洗水的用量越少 当然 也应该同时考虑到 随着漂洗段数量的增多 投资和维修费用也随之增加 漂洗工艺 漂洗过程控制 液位控制 温度控制 电导率控制 控制漂洗槽及其相应罐 冷凝水罐 脱盐水罐 漂洗水罐等 的液体液位 漂洗需准确控制漂洗水中Cl 的浓度 然而准确地检测Cl 的浓度是十分困难的 电导率与Cl 浓度 盐酸浓度 有一定的关系 如图所示 通常就采用在线电导率检测的方法来反映漂洗水中Cl 的含量 漂洗工艺中 温度的控制也很关键 提高漂洗水的温度可以降低水的粘度 提高离子在水中的活动 扩散 能力 使漂洗更加有效 漂洗工艺 喷淋系统及其状态挤干辊状态泵和过滤系统状态 喷淋系统状态喷淋系统要考虑正常生产与停车两种状态 正常生产采用冷凝水进行冲洗带钢 停车喷淋时采用脱盐水 挤干辊状态为保证漂洗末段的电导率达到要求 在预漂洗槽安装了两套挤干辊 防止酸洗末槽的酸液带入漂洗槽 挤干辊不得有机械损伤及过量磨损 其压力应大小适当 生产中挤干辊的状态一定要保证良好 它是各段之间携带量相等的前提 如果挤干辊衬胶老化或出现脱胶 一定要及时更换 泵和过滤系统状态泵状态会影响漂洗水喷嘴的压力及流量而影响喷洗效果 过滤系统状态不好 会导致漂洗液中颗粒度大的杂质增加 以致堵塞喷嘴 酸洗后引起的带钢缺陷 1850mm酸轧工艺流程 1850mm酸轧工艺流程 1850mm化学工艺段设计 总体设计思想 要将热轧带钢卷表面的复杂的氧化铁皮洗干净 酸洗工艺需从以下主要几点考虑 第一 进行酸洗 采取什么样的介质来酸洗 采取什么方法来酸洗 并如何优化酸洗工艺 第二 酸洗完成以后 带钢表面带有酸液 如何将这些酸液清洗掉 此过程即为漂洗 第三 漂洗后 带钢处于湿态 如何将带钢烘干 第四 酸洗及漂洗过程中 存在酸雾排放问题 如何将这些酸雾有效的处理及排放 第五 整个酸洗 漂洗 烘干及排雾工艺当中 存在着介质的供给 排放 有效处理及管线如何布置等问题 须考虑这些辅助设施 1850mm化学工艺段设计 总体设计参考 1850mm化学工艺段设计 酸洗段设计组成 1850mm化学工艺段设计 酸洗段设计工艺图 此图解释见下页 1850mm化学工艺段设计 酸洗段设计描述 新酸被打到3 循环罐 酸液通过3个循环罐间的管道自然梯流原理 依次进入2 1 循环罐 在1 循环罐测量Fe2 浓度 废酸达到130g l左右时 便打开废酸泵 打到ARP 从1 循环罐出来的酸液管道上配有手动开关阀 然后通过VVVF泵将酸打到石墨换热器 盐酸的温度靠调节蒸汽量来实现 这里产生的冷凝水经电导率检测合格后至冷凝水罐 否则排至地坑 从换热器出来后 盐酸被打至1 酸洗槽的入口及出口处喷梁 喷头的压力通过VVVF泵来调节 从图上可以看出 1 循环罐区有3个换热器 其中2 3 循环罐区各有2各来为酸液进行预加热 并在生产等待时作小循环 酸槽的盐酸通过两头的排酸槽和槽子中央回流到循环罐 2 3 循环区的功能类似于1 循环区 1850mm化学工艺段设计 漂洗段设计组成 1850mm化学工艺段设计 漂洗段设计工艺图 1850mm化学工艺段设计 漂洗段设计描述 从冷凝水罐来的冷凝水靠泵通过两种方式补充到漂洗槽第5段 一种方式是靠第5段的喷头直接喷到带钢表面 另一种方式是直接补充到第5段 后者的流量靠第1段的液位检测 第4段的PH值检测和第5段的电导率检测来控制 然后漂洗水逆着带钢方向向前梯流 再从漂洗槽第1段回流到漂洗水罐 漂洗槽每一段的漂洗水通过漂洗水自重 泵来完成自循环 并通过喷头将漂洗水喷到带钢表面 停车时 脱盐水通过喷头喷到预漂洗段及1 4段 冷凝水的加热靠蒸汽来完成 生产汽车板时 须用冷凝水管道上的板式换热器将冷凝水冷却 冷凝水的补充通过脱盐水罐中的脱盐水来完成 1850mm化学工艺段设计 带钢烘干设计 离开漂洗段 带钢进入到二级干燥系统 第一阶段即预吹风阶段 利用高速的空气流将带钢表面的水份带走 第二阶段 利用热交换器将空气流加热到约120 C进行干燥带钢 带钢干燥器安装在漂洗段的末端 带钢经干燥器水平运动 在干燥器入口处安装挤干辊 这些挤干辊可有效地减少带钢表面的液体薄膜 在预干燥段带钢上下表面的残余物达到一定程度时将被吹掉 以确保后续干燥器顺利干燥带钢 与预干燥段合成一体的有噪音隔离盖 它可以控制气流的扩张 同样起到干燥带钢的作用 干燥段风机气流量的大小可以从干燥器内部或外部有选择地吸入 气流的大小通过手动节流阀调节 干燥器的设计满足气流可循环流动 在带钢上下面的喷嘴气流分别通过高性能辐射状风机供应 1850mm化学工艺段设计 酸雾排放设计组成 酸雾排放系统 排雾配管 酸洗段 漂洗段 循环罐 循环泵 预分离器 洗涤塔 风机 仪表 1850mm化学工艺段设计 酸雾排放设计工艺图 1850mm化学工艺段设计 酸雾排放设计描述 酸洗机组工艺段的酸洗槽及清洗槽等在运行时产生大量的含酸气体