1550酸轧机组高温卷取料欠酸洗的分析

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100－111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、DP0162D2）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

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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 (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+2HCl＝FeCl2+H2 (4)

在酸洗过程中，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+2[H]＝2FeO十H2 Fe304+2[H]＝3FeO十H2 FeCl3+[H]＝FeCl2+HCl

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5～6g/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。

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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

影响氧化铁皮去除能力的因素有酸洗槽温度、酸槽内湍流度（喷嘴初始压力或酸液循环流量）、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

图1 盐酸浓度、温度与酸洗时间的关系 a—

酸液温度为70℃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

1＃酸槽 2＃酸槽 3＃酸槽

3

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。

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％一8％。以后，酸洗时间又急剧增加，一直到FeCl2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％。在酸洗生产中不采用FeCl2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，FeCl2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％。

此外酸液内FeCl2含量增加，使得盐酸的挥发加速，因此在酸洗时，一般希望将FeCl2的含量控制在比较低的范围。 3．3 带钢破鳞程度的影响

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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

图5 喷射酸洗时间与溶液压力的关系(温度70C) 1—浸泡；2—0.1MPa压力；3—0.2MPa压力

5

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 热轧卷取温度℃ 拉矫机延伸率％ 拉矫机插入深度: 1# 2# 3# 酸液温度℃ 游离酸浓度％ 酸槽酸液循环流量m3/h 酸洗速度m/min

表1

5、酸洗能力变化分析 5.1酸洗工艺流程简介

下图为1550酸洗工艺段的示意图。

TIC1 TIC1 TIC2 TIC2 TIC1 TIC2 设计值 开工初期值 当前值 640 720（无U型卷取） 720（U型卷取） Max：3.0 30mm 25mm 15mm 82-88，目标85 Max：3.0 30mm 25mm 15mm 80-88，目标85 Max：2.2 22mm 19mm 15mm 80-88，目标85 0.5-4.5，目标2 2.0-8.0，目标5 3.5-6.5，目标5 2×360 Max ：200 2×320 Max ：200 2×170 Max ：130 酸 再生 再生酸 1#酸罐 2#酸罐 6 3#酸罐

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TIC1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℃，目标为85℃。

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85℃时，加热器后的酸液温度TIC2可能会超过90℃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）变得不可知；当TIC2温度为85℃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

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温度无法得到。

5.2.2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 酸罐温度℃ 1#酸罐 70 2＃酸罐 77 85 328 5.1吨/小时 表2

相关热力学数据： 酸比热：0.95kcal/kg 带钢比热：0.11 kcal/kg 蒸汽潜热：550 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×蒸汽潜热/酸罐总循环流量/酸液比重/酸比热

＝(5.1×1000kg)×(550 kcal/kg )/(340+328+444)M3/1000/（1.2 kg/dm3）/（0.95kcal/kg） ＝2.3℃

即酸液进入酸槽前的温度比酸罐温度平均仅高出2.3℃。 因此，酸液进酸槽前的实际温度如下表： 酸罐号 酸罐温度℃ 预计的酸槽前温度 ℃ 距离开工初期的温差℃ 1#酸罐 70 72.3 12.7 2＃酸罐 77 79.3 5.7 3＃酸罐 76 78.3 6.7 3＃酸罐 76 85 444 加热器后温度 ℃ 85 循环流量M3/H 蒸汽总流量 340 8

表4

下图为1550酸轧酸罐内酸液温度的变化情况：

901#酸罐2#酸罐853#酸罐80757065605678910111212345678910111212345678910111212345678910111212345678910111212345678

表6

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 热轧卷取温度℃ 电工钢BS20以下 560 酸洗最大速度m/min 220 9

CQ DQ-AL DQ-IF DDQ EDDQ HSLA 640 540 540 540 680 540 表7

220 200 185 185 130 180 DP0161D1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。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）的设定延伸率从3.0％降至2.2％，插入深度从30mm降至22mm 5.4.1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％。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

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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

1550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，低的达到430M3/H(2004年9月15日21时)，高的为566M3/H（2004年11月11日16时20分）。在面积不变的条件下，压力和流量的关系遵从如下关系：

V=K×P

从上式可知，酸液流量增加一倍，酸液喷射压力将增加4倍。因此，我们可以比较出两点：

（1）

由于酸槽的流量变化大，造成各酸槽的酸洗喷射压力的3－4倍的变化，这造成了酸洗能力波动很大。

（2）

同开工时相比，目前的喷射压力降低了1.8－5.6倍，这也造成了酸洗能力的巨大损失。

6、结论及可能的改进方向

6.1结论：通过以上1550酸洗工艺段的实际情况分析，我们发现与开工时相比，由于酸循环流量的降低，造成实际酸液喷射压力显著降低，同时由于石墨加热器的堵塞造成酸

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0.5

槽酸洗温度的降低，这些最终造成了1550高温卷取料的欠酸洗现象的产生。 6.2改进建议措施和设想

6.2.1在保证现有酸洗质量和拉矫辊使用寿命的情况下，进行提高拉矫机的延伸率和插入深度的分析；

6.2.2考虑在TIC1增加在线温度计，监控酸液进酸槽的实际温度；

6.2.3改造酸液循环系统结构，将加热回路和大循环回路分开，提高酸罐的温度并且保证每个酸槽的大循环流量在2×300m3/h以上。

6.4分析酸洗区域喷梁堵塞的原因，考虑对喷梁的结构和喷射方式进行有效的改进，减少流量下降的可能性。 主要参考文献：世界钢铁 宝钢技术 附录：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8vgp.html