冷轧酸洗工艺中氧化铁皮的去除

冷轧酸洗工艺中氧化铁皮的去除

蒋鹏

本钢板材股份有限公司制造部辽宁省本溪市117000

摘要：冷轧工艺是轧钢工艺中的关键环节，而酸洗是冷轧中的重要工艺过程，本文通过介绍轧钢工艺中氧化铁皮的产生原因和去除方法，以及盐酸酸洗的相关知识，促进轧钢工艺的创新发展，提升钢铁产品的质量。

关键词：冷轧；酸洗；酸洗质量；氧化铁皮

随着我国现代化进程的快速飞跃成长，人们对于钢产品要求也日益提高，这就要求我们不断的总结和创新传统的轧钢工艺。轧制前对带钢进行酸洗有两个目的：一是为彻底暴露金属表面缺陷以备进行清理；二是对冷加工原料洗去表面氧化铁皮，从而提高成品表面光洁度。

1成因

热轧金属由于在高温下的氧化作用，被加热金属表面产生膜状氧化物-氧化铁皮。随加热时间的延长，氧气通过最初形成的氧化膜向金属内部扩散，在原有氧化膜的基础上形成新的、逐渐加厚的氧化层。

在开始阶段形成的氧化膜是铁的低氧化物FeO，在温度接近900℃时，氧化铁皮可以明显地分为三层，最外层是高氧化合物Fe2O3，中间层为磁性高氧化合物Fe3O4，紧贴金属的内层是FeO。酸洗溶解上述氧化铁皮却不明显浸湿在氧化铁皮膜下面的金属铁本身，因此保留了金属的原来表面，酸洗后的带钢表面呈现非常的银亮。

氧化铁皮的生成受以下主要因素影响：

（1）加热温度：低温时氧化铁皮的生成量很少，金属温度在850—900℃开始显著增加，高于1200℃时急剧增加。

（2）加热延续时间：随加热延续时间增加，氧化铁皮的生成量增加。

（3）加热时炉内的气：炉内气体按其性质可分为氧化性气氛O2、CO2、H2O；还原性气氛CO、H2；及中性气氛N2三类。前两类在数量上所占的比例决定了炉内气氛的氧化或还原的能力。炉内氧化气氛越浓，金属表面生成的氧化铁皮就越多。

（4）金属的化学成分：被加热金属的化学成分决定了所生成氧化物的物理性质。组织致密而粘着性较强的氧化铁皮，能增强抵抗气体扩散与渗入的能力。这种氧化铁皮一旦生成后，就能在一定程度上起到保护金属免受继续氧化的作用。反之，多孔性与粘着性较差的氧化物，将缺乏这种抵抗能力。

2清除氧化铁皮的方法

2.1机械破鳞法：主要有砂轮研磨，弯曲破鳞和喷丸破鳞三种形式。

砂轮研磨除鳞有用手动砂轮和专用砂轮磨床的。由于此法效率级低，除鳞厚钢板表面质量差，所以在原料除鳞中很少采用，只是在去除个别局部铁鳞时才采用。

弯曲破鳞主要形式是矫直机，它多安装在连续酸洗作业线上，带钢表面的氧化铁皮，因带钢的反复弯曲而被破坏。此法能起到破碎铁鳞有利于提高酸洗除鳞效果，但不能完全清除铁鳞。所以弯曲与酸洗除鳞联合在一起使用。

喷丸破鳞的作用与弯曲破鳞相似，该装置时将喷丸（细小的铁珠）用高压空气送人高速旋转的叶片上，获得加速度之后，均匀的喷打在运动的带钢表面上，达到破碎和清除铁鳞的目的。由于此法可使全部板面受到喷丸的喷打，所以破鳞效果好，效率高。生产实践中多安装在连续酸洗作业线上，与酸洗配合使用大大加快了酸洗除鳞的速度和提高酸洗除鳞的质量。

2.2化学除鳞法：此法主要利用氧化铁皮能和酸发生化学反应的基本原理，使钢板或带钢全部浸泡在一定浓度的酸液中，并使它与酸液作相对的运动，加速化学反应的过程，最后达到清除表面氧化铁皮的目的。此法虽可将铁鳞全部除掉但所需时间较长，特别是对铁鳞厚度不均的板料，往往发生局部过酸洗，局部铁鳞未除净的缺陷，所以在有条件的情况下，也尽量不单独采用。

2.3机械－化学联合法：此法是目前冷轧最普遍采用的除鳞形式为弯曲－酸洗。主要是在带钢酸洗前进行拉伸矫直，用于改善板形。带钢在拉伸和反复弯曲的作用下，增加带钢表明氧化铁皮破裂范围，提高酸洗的效率。

3酸洗原理

从带钢表面的氧化铁皮结构可知，带钢表面的氧化铁皮通常是三层结构：外层是Fe2O3，中层是Fe3O4，内层是FeO。带钢表面氧化铁皮具有多孔和开裂的性质，加上机械破碎而造成裂缝，因而带钢一进入酸溶液，其表面的三层氧化铁皮便与酸同时反应。目前冷轧一般采用盐酸酸洗。

3.1盐酸的酸洗机理。

盐酸溶液与氧化铁皮的化学反应：

FeO＋2HCl＝FeCl2＋H2O

Fe2O3＋6HCl＝2FeCl3＋3H2O

Fe3O4+8HCl＝FeCl2＋2FeCl3＋4H2O

Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2

盐酸溶液能较快的溶蚀各种氧化铁皮，酸洗反应可以从外层往里进行。盐酸酸洗是以化学腐蚀为主。盐酸酸洗对金属机体的侵蚀甚弱。因此，盐酸酸洗的效率对带钢氧化铁皮的结构并不敏感，不象硫酸酸洗那样。酸洗反应速度与酸洗前带钢氧化铁皮的松裂程度密切相关。试验表面，盐酸酸洗速率约等于硫酸酸洗的两倍，而且酸洗后的钢板表面更银亮洁净。

3.3带钢连续盐酸酸洗优点

盐酸能完全溶解三层氧化铁皮，因而不产生酸洗残渣。盐酸基本上不腐蚀机体金属，这样，经盐酸酸洗后板面平滑、银亮，无酸洗痕迹，不会发生过酸洗；盐酸酸洗的铁损比硫酸酸洗低20%。盐酸酸洗就很少产生氢脆。氧化铁很容易溶解，易于除去，故不易引起表面酸斑，这也是盐酸酸洗板面特别光滑的原因之一。盐酸酸洗速率较高，特别在温度较高时。废盐酸和清洗废液可以完全再生为新酸，循环使用。从而解决了废酸污染的问题。

4影响酸洗去除氧化铁皮的主要因素

4.1酸溶液浓度和温度的影响

酸溶液浓度和温度的变化对酸洗速度与酸洗质量有直接的影响。浓度越大酸洗速度越快，但也越容易过酸洗；而温度越高酸洗速度也越快，但当温度上升时，盐酸挥发得也越快，所以在实际生产中要控制好酸的浓度和温度。酸洗液中盐酸浓度不像温度那样对酸洗时间影响很大，作为一个规则，人们通过实际计算，在20—70℃之间，每增加12℃，酸洗速度增加一倍或酸洗实际时间减半，但是温度到了90℃，这种现象显著降低。所以酸洗温度一般控制在80—85℃。

4.2酸溶液中亚铁离子的含量的影响

在酸洗中随着带钢表面氧化铁皮的溶解，酸溶液的浓度逐渐降低而酸中FeCl2含量不断增加，使酸洗速度减慢，所以生产中适当的更换酸液。

4.3氧化铁皮破磷程度的影响

带钢在酸洗前经矫直机反复弯曲变形使氧化铁皮的致密程度降低，加快了酸洗速度。

4.4酸溶液搅动的影响

酸溶液的流动，使酸溶液成为均匀体，使酸洗均匀，提高酸洗质量。

结语

随着我国经济水平的进一步提高，人们对于钢材产品质量也越来越严苛，这就需要进一步的提高钢材轧钢工艺技术水平，使其提高钢材的质量和外观美观性。本文通过详细叙述了轧钢工艺氧化铁皮的产生原理和去除方法，促进轧钢工艺的创新发展，进一步提升钢铁产品的质量。

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