1550酸轧机组高温卷取料欠酸洗的分析

1、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

2、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100111 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 DP0162D）2 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

3、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

4、 (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+2HC- FeCI2+H2(4)在酸洗过程中

5、， 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+2H= 2FeO十 H2Fe304+2H = 3FeO十 H2FeCI3+H = FeCI2+HCI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

6、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56g/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。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酸槽内湍流度（喷嘴初始压力或酸液影响氧化铁皮去除能力的因素有酸洗槽温度、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HCI4#图1

7、盐酸浓度、温度与酸洗时间的关系a 酸液温度为70C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2 #酸槽1 #酸槽图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。E号叵起塑KO5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FeCI2 含量的增加，酸洗时间急剧减少到最小，此时FeCI2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FeCI2达到饱和，酸洗时间最长。酸 溶液温度越低，酸洗时

8、间的最小值也就越明显。最短的酸洗时间是在FeCI2最 佳含量的情况下得到的，即FeCI2的浓度低于饱和浓度4 8%。在酸洗生产中 不采用FeCI2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， FeCI2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 % 0此外酸液内FeCI2含量增加，使得盐酸的挥发加速，因此在酸洗时，一般 希望将FeCI2的含量控制在比较低的范围。3. 3带钢破鳞程度的影响有拉桥机”1尹孑kM无拉娇机酸温度66T2汚 4S £0“75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

9、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60<02Q10HCI沽度 %图5喷射酸洗时间与溶液压力的关系（温度70C）1浸泡；2O.IMPa压力；3 0.2MPa压力6图5表明，在酸液参数相同的条件下，喷射酸洗要比浸泡酸洗缩短一半的时间； 而 且喷射到带钢表面上酸液压力越大，酸洗效果越好。4、高温卷取料DP0161D1的酸洗参数变化情况酸洗参数设计

10、值开工初期值当前值热轧卷取温度C640720（无U型卷取）720 （U型卷取）拉矫机延伸率Max 3.0Max 3.0Max 2.2拉矫机插入深度：1#30mm30mni22mm2#25mm25mni19mm3#15mm15mmi15mm酸液温度C82-88，目标 8580-88，目标 8580-88，目标 85游离酸浓度0.5-4.5，目标 22.0-8.0，目标 53.5-6.5，目标 5酸槽酸液循环流量m3/h2X 3602X 3202X 170酸洗速度m/minMax : 200Max : 200Max : 1305、酸洗能力变化分析 5.1酸洗工艺流程简介下图为1550酸洗工艺段的示

11、意图TIC1TIC1TIC1at厶酸1#酸罐d2#酸罐d*3#酸罐6TIC2TIC2TIC2dd图6酸补充流程：再生酸被不断补充进入 3酸罐；通过酸罐间的串级泵，按照酸罐液位依次送入2酸罐和 1酸罐； 1酸罐再根据液位将废酸送回酸再生处理。 酸循环流程：每个酸罐的酸液，通过循环泵送出，再经过加热器加热到设定温度（2、3循环系统加热器旁通打开 50），最后从布置在酸槽两端狭缝式喷梁进入酸槽；在酸槽中， 酸液与带钢表面接触并酸洗，随后通过设置在酸槽中部和两端的回流口流回到酸罐中。图中，进入酸槽的酸液一部分通过加热器加热， 另一部分直接通过加热器的旁通管 路，这两部分酸液最终汇成一路后通过测温点 T

12、IC1 进入酸槽；测温点 TIC1 为开工初期 酸槽酸液温度计的安装位置，它真实反映了酸槽酸液的温度，其控制范围为80-88 C,目标为85C。5.2 酸洗槽温度对酸洗能力的影响5.2.1 测温点的改变导致进酸槽的酸液温度下降 由于开工当年发生了加热器出口管道暴裂的问题，大家分析后认为在 TIC1 温度达 到85E时，加热器后的酸液温度TIC2可能会超过90C甚至更高，并最终导致管道受热 爆裂，因此设备方将酸液温度计从 TIC1位置改到TIC2位置，温度控制点由此也转化到 TIC2位置。上述改变有效杜绝了加热器后酸液温度过高的问题， 但是随之而带来的弊端是酸液 进入酸槽前的温度（TIC1位置）

13、变得不可知；当TIC2温度为85E时，TIC1位置的酸液 温度随着加热器的状况而改变，热交换器堵塞程度增加， TIC1 位置的酸液温度将降低， 最终进入酸槽的酸液温度降低。因此目前酸液进入酸槽的温度是低于开工初期的， 实际的温度取决于通过加热器的 酸液流量和通过旁通管的流量之比。 但是由于无法知道这两个流量值， 因此实际的酸液温度无法得到。522加热器为硅泥堵塞导致的酸液温度下降根据酸罐温度、酸液循环流量和蒸汽的消耗量估算目前酸槽酸液的实际温度2004年2月2日15： 40分数据：酸罐号1#酸罐2#酸罐3#酸罐酸罐温度C707776加热器后温度C858585循环流量M3/H340328444蒸

14、汽总流量5.1吨/小时表2相关热力学数据:酸比热：0.95kcal/kg蒸汽潜热：550 kcal/kg带钢比热：0.11 kcal/kg酸液比重：1.2kg/dm3表3根据蒸汽消耗量来计算每个酸罐在相应的酸液循环流量下可以获得的温升。蒸汽总流量X蒸汽潜热/酸罐总循环流量/酸液比重/酸比热=(5.1 X 1000kg) X (550 kcal/kg )/(340+328+444)M3/1000/ ( 1.2 kg/dm3 ) /(0.95kcal/kg )=2.3 C即酸液进入酸槽前的温度比酸罐温度平均仅高出2.3 C因此，酸液进酸槽前的实际温度如下表：酸罐号1#酸罐2#酸罐3#酸罐酸罐温度C

15、707776预计的酸槽前温度C72.379.378.3距离开工初期的温差C12.75.76.7下图为1550酸轧酸罐内酸液温度的变化情况:从2002年11月开始，酸罐的酸液温度呈下降趋势，至2003年10月趋于稳定5.3热轧卷取温度的变化情况1550产品设计时卷取温度和酸洗速度的情况如下表图：图7规格热轧卷取温酸洗取大速度度Cm/min电工钢BS20以下560220CQ640220DQ-AL540200DQ-IF540185DDQ540185EDDQ680130HSLA540180表7DP0161D属于DQ-AL从表中可以看出在原设计640摄氏度的卷取温度下酸洗工艺段速度最大为200m/min

16、。在开工后出于性能的需要实际的卷取温度为720摄氏度，并且后来为了确保头尾部的性能，采用了 U型卷取工艺，即带头尾趋于卷取温度高出其他部 位30摄氏度左右，特别是热轧带头目前平均高出 50-60摄氏度（实际头尾的最大卷取 温度已经达到780摄氏度）。5.4拉矫机延伸率从2004年开始，随着拉矫机工作辊寿命延长工作的开展，拉矫机的延伸率和插入 深度逐步进行了调整；出于生产使用的综合需要，调整趋势为减少插入深度和延伸率， 但考虑到当时高温卷取料已经存在难以酸洗的迹象，在调整过程中特意增加一个层别用 于高温卷取料（DP0161D1。从现行数据的运行情况看，部分高温卷取料（DP0161D1的设定延伸率

17、从3.0 %降至2.2 %，插入深度从30mn降至22mm5.4.1延伸率的偏移经过对拉矫机延伸率的实测，发现设定延伸率与实际延伸率是一致的，未发生偏移 现象。5.4.2延伸率设定值的变动根据文献介绍，拉矫机最佳的延伸率在2%0 1550实际的延伸率设定在3%,考虑到延长1550拉矫机的工作辊寿命，因此我们近期对部分规格的拉矫机延伸率进行 了修改。而根据文献报道，这种修改是不会影响酸洗的能力的。5.4.3其他 1550 拉矫机工作辊两端经常因磨损而发生缩颈现象， 这使得带钢两边部区域在问题 发生后的插入深度低于目标值。目前一般的插入程度设定为25mm边部磨损后，边 部实际的插入深度降至15mm

18、甚至更小，这造成了带钢实际的弯曲程度降低，破磷 的程度降低，最终降低了酸洗的能力。5.5 游离酸浓度1 550酸洗工艺段从开工时外方推荐的 1酸罐游离酸浓度控制标准为 2.5±2，但 是实际调试时发现 1酸罐中存在大量的氢氧化铁沉淀，因此最终 1酸罐游离酸浓度 控制标准为 5±3，生产正常。后又将 1酸罐游离酸浓度控制标准为 5±1.5 , 使浓 度控制更加严格。为了使酸液浓度控制更加稳定， 我们对各种牌号的氧化铁皮含量系数进行了优化， 使酸 的供给量与钢种牌号相对应。 因此酸液浓度未发生大的改变， 目前的浓度控制比过去更 加稳定。5.6 酸槽酸液循环流量1550酸洗在投产时每个酸槽的流量设定在 600M3/H左右；目前，酸槽的流量变化很 大，低的