400系熱軋鐵素體不銹鋼酸洗技術(shù)

李 鋒

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

400系熱軋鐵素體不銹鋼酸洗技術(shù)

李 鋒

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

針對(duì)400系熱軋鐵素體不銹鋼連續(xù)酸洗技術(shù)，分析了鋼帶表面氧化皮特征和組成、破鱗機(jī)延伸率、拋丸機(jī)電流和磨料以及酸洗過(guò)程控制對(duì)成品白皮卷表面質(zhì)量的影響。通過(guò)設(shè)備改進(jìn)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化，提出了“大破鱗、中拋丸、輕酸洗”的方法，有效去除了鋼帶表面的氧化皮，白皮卷一級(jí)品率達(dá)到98%以上。

鐵素體不銹鋼；酸洗；氧化皮；破鱗機(jī)；拋丸機(jī)

1 前言

400系熱軋鐵素體不銹鋼廣泛應(yīng)用于冶金設(shè)備、餐具、制造等行業(yè)。某廠利用“爐卷+連軋”生產(chǎn)工藝軋制400系熱軋不銹鋼，其表面的氧化成分較碳鋼復(fù)雜，且比較致密，氧化皮在冷軋或直接使用前一般需要通過(guò)酸洗除掉，其酸洗效果直接影響到冷軋及后續(xù)高附加值產(chǎn)品的表面質(zhì)量［1］。通過(guò)對(duì)破鱗、拋丸、酸洗等設(shè)備及工藝制度的完善改進(jìn)，使酸洗后的鋼帶表面質(zhì)量得到提升，一級(jí)品率達(dá)到98%以上。

2 主要工藝設(shè)備

2.1 破鱗機(jī)

破磷機(jī)由彎曲矯直輥組、機(jī)架裝置、擺動(dòng)裝置、導(dǎo)向輥裝置、噴吹裝置、換輥裝置等組成。矯直輥組由上、下矯直輥組成。下矯直輥固定。上矯直輥由擺動(dòng)裝置通過(guò)原裝進(jìn)口阿托斯帶內(nèi)置傳感器的油缸帶動(dòng)，進(jìn)行矯直位置的伺服控制，對(duì)帶材進(jìn)行彎曲矯直。拉伸段張力最大可達(dá)500 kN，矯直鋼帶厚度2～6 mm，伸長(zhǎng)率0～1.5%。

2.2 拋丸機(jī)

拋丸機(jī)采用輥道式結(jié)構(gòu)輸送工件。在輥道上、下對(duì)稱布置拋丸器，滿幕簾流幕式丸渣分離器可提高丸渣分離質(zhì)量、分離效率，使800～1 600 mm寬的帶鋼一次通過(guò)，清除其表面氧化鐵皮。拋丸器共計(jì)32臺(tái)，每臺(tái)功率90 kW，分4個(gè)單元，2用2備，鋼丸拋射速度55～90 m/s（變頻可調(diào)）。

2.3 酸洗設(shè)備

酸洗系統(tǒng)采用預(yù)清洗+硫酸酸洗+混酸酸洗（HNO3-HF）+清洗吹干的工藝方法。硫酸槽和混酸槽都是采用水平、淺槽式的布置，槽體采用均聚聚丙烯（PPH）制成。硫酸酸洗槽體長(zhǎng)度19 m，混酸酸洗槽體長(zhǎng)度25 m，槽體內(nèi)寬度2.4 m，在槽體的進(jìn)口及出口處各設(shè)有1對(duì)擠干輥。每個(gè)酸洗槽都配有單獨(dú)的循環(huán)罐，酸液的加熱靠外部換熱器，鋼帶在酸洗槽內(nèi)的溫度是自動(dòng)監(jiān)控的，自動(dòng)化系統(tǒng)可以改變這些參數(shù)的設(shè)定值。硫酸最后一段酸洗和混合酸酸洗后，鋼帶出口部位各設(shè)兩套雙輥刷洗機(jī)組，有效去除帶鋼表面松動(dòng)的氧化皮顆粒，同時(shí)噴淋水去除表面的廢酸。為避免環(huán)境污染，該酸洗系統(tǒng)同時(shí)配置NOX廢氣處理系統(tǒng)、瑞典SCANCON廢酸回收系統(tǒng)、廢酸廢水處理系統(tǒng)各1套。

3 不銹鋼酸洗表面質(zhì)量影響因素分析

3.1 氧化皮特征及組成

400系鐵素體不銹鋼采用“爐卷+連軋”工藝生產(chǎn)，在軋制過(guò)程中形成的氧化皮隨鋼帶一同卷曲并保留到室溫狀態(tài)。在卷曲后的冷卻過(guò)程中，由于環(huán)境中存在氧氣，氧化皮會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)，其結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變［2］，因此，鋼帶表面最終氧化皮的狀態(tài)已經(jīng)明顯不同于高溫下形成的氧化皮。氧化皮厚度一般在19～25μm，靠近鋼帶表面處較為疏松，越靠近基體越致密，疏松的氧化皮有明顯的分層。能譜分析表明，表層氧化物主要為Fe的氧化物，而靠近基體部位則為Cr的氧化物及Fe-Cr氧化物，氧化皮成分、結(jié)構(gòu)不同會(huì)給后序的酸洗帶來(lái)一定的影響。

3.2 破鱗機(jī)延伸率

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受現(xiàn)有設(shè)備的制約，當(dāng)張力增大時(shí)（＞210 kN），破鱗機(jī)工作輥軸承易燒壞。張力無(wú)法提升，致使延伸率低于0.5%，除鱗效果差，達(dá)不到大延伸率破鱗的生產(chǎn)工藝的要求，嚴(yán)重影響鋼帶的酸洗效果及外在板形質(zhì)量的提高。

3.3 拋丸機(jī)電流及磨料

在生產(chǎn)400系不銹鋼時(shí)，由于鋼帶不適合連續(xù)退火爐退火，所以未經(jīng)退火的鋼帶表面的氧化鐵皮在厚度、成分、疏密程度上與300系、200系相比有較大的不同。原來(lái)拋丸機(jī)使用的鋼丸S110、及S110與S170的混合磨料已不能滿足400系鐵素體不銹鋼的除鱗要求。同時(shí)，操作過(guò)程中拋丸器電流偏小、分布不均勻，磨料對(duì)鋼帶表面的打擊力度不夠，鋼帶上下表面除鱗不均勻、除鱗效果差，造成酸洗過(guò)程中鐵離子升高過(guò)快，酸耗增加，出現(xiàn)色差、氧化皮殘留的缺陷。而電流過(guò)大會(huì)造成板面粗糙度＞3.0 μm，成材率降低，酸洗時(shí)出現(xiàn)過(guò)酸洗現(xiàn)象。

3.4 酸洗過(guò)程

實(shí)際生產(chǎn)表明，400系熱軋鐵素體不銹鋼酸洗時(shí)的硫酸消耗量是200系、300系的2～3倍，說(shuō)明硫酸對(duì)于該類不銹鋼的酸洗起到非常大的作用。當(dāng)混酸酸液溫度超過(guò)60℃時(shí)，鋼帶與酸反應(yīng)劇烈，放熱明顯，會(huì)產(chǎn)生大量的酸霧，如果在SCR廢氣處理爐不能徹底反應(yīng)，會(huì)造成冒黃煙現(xiàn)象而污染環(huán)境。同時(shí)，氫氟酸濃度過(guò)高，容易造成過(guò)鋼帶板面發(fā)紅、過(guò)酸洗、表面粗糙等缺陷。另外，刷輥、擠干輥、吹邊烘干等設(shè)備使用不當(dāng)也會(huì)造成鋼帶表面刷輥印、劃傷、污染等缺陷。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 破鱗機(jī)改造

針對(duì)破鱗機(jī)工作輥軸承易燒壞、延伸率低于0.5%、除鱗效果差的問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)破鱗機(jī)工作輥兩端軸承實(shí)施改型，并對(duì)軸承布局方式進(jìn)行調(diào)整。選用單列角接觸球軸承及雙列角接觸球軸承替代原有軸承，可有效減少軸承燒壞。同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)入、出口轉(zhuǎn)向輥距離，使破鱗機(jī)工作輥與鋼帶之間的包角角度增大3°～5°，可提高破鱗機(jī)的延伸率。破鱗機(jī)壓下油缸的壓下量對(duì)延伸率的提高起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)對(duì)破鱗機(jī)油缸的壓下數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、統(tǒng)計(jì)，并重新標(biāo)定了范圍。在HMI畫(huà)面增加壓下量、延伸率、張力的關(guān)聯(lián)畫(huà)面，操作人員會(huì)根據(jù)不同鋼種規(guī)格延伸率的技術(shù)需求來(lái)適當(dāng)調(diào)節(jié)油缸的壓下量，保證破鱗機(jī)延伸率的穩(wěn)定。對(duì)于400系熱軋鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)，大的延伸率對(duì)氧化皮的疏松、去除非常有效，所以要求彎曲輥壓下量≤65 mm，矯直輥壓下量≤70 mm，出口張力＞420 kN，延伸率＞1.5%。

4.2 控制拋丸電流

拋丸機(jī)采用鋼丸與鋼砂混合的磨料，粒徑0.3～0.5 mm，比例約4∶6。生產(chǎn)過(guò)程中，拋丸機(jī)開(kāi)兩個(gè)單元，拋頭電流控制為110～120 A。拋丸后鋼帶表面氧化皮去除率高，均勻性較好，如果拋頭電流過(guò)大會(huì)造成鋼帶表面粗糙度增加，所以采用中度拋丸除鱗。

4.3 優(yōu)化酸洗工藝參數(shù)

4.3.1 硫酸酸洗

硫酸的主要作用是去除鋼帶表面的鐵基氧化物。實(shí)際生產(chǎn)中，硫酸濃度在200～300 g/L，金屬離子濃度在60 g/L以下。溫度在60～90℃時(shí)，酸液中的活性酸離子最高，酸洗效果最好。但當(dāng)硫酸濃度達(dá)到一定數(shù)值后，提高硫酸溶液的溫度比增加它的濃度可以起更大的作用，因此硫酸濃度不宜過(guò)高，溫度一般按上限控制。

4.3.2 混酸酸洗

混酸酸洗的主要目的是去除硫酸段沒(méi)有反應(yīng)完的鐵基氧化物和鉻基氧化物，同時(shí)也可以進(jìn)一步形成和完善鋼帶表面的鈍化膜，提高耐腐蝕能力。實(shí)際生產(chǎn)中，混酸Ⅰ段酸液中硝酸濃度在50～100 g/L，氫氟酸在10 g/L以下，金屬離子濃度在50 g/L以下，溫度在35～50℃；混酸Ⅱ段酸液中硝酸濃度在15～50 g/L，氫氟酸在5 g/L以下，金屬離子濃度在40 g/L以下，溫度在35～45℃時(shí)，酸液中的活性酸離子最高，酸洗效果最好。為避免冒黃煙、過(guò)酸洗、表面粗糙等現(xiàn)象及缺陷，在保證除鱗良好的前提下，酸洗段應(yīng)保持鋼帶輕度酸洗狀態(tài)。

4.4.3 其他工藝參數(shù)

為保證帶鋼經(jīng)過(guò)酸洗后表面的附著物能夠進(jìn)行有效地清除，鋼帶表面色澤均勻、無(wú)色差，預(yù)清洗刷輥電流保持在輕刷20～30 A即可。在生產(chǎn)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)中間刷洗水含有大量的污泥，這說(shuō)明中間刷洗作用很大，因此中間刷洗刷輥采用重刷，刷輥電流應(yīng)保持在40～50 A，轉(zhuǎn)速＞1 000 r/min。最終刷洗輥的電流不能過(guò)大，以防止出現(xiàn)刷輥印、劃傷等缺陷，電流控制在30～40 A，以達(dá)到最好的刷洗效果。同時(shí)，做好酸洗槽入、出口擠干輥的維護(hù)清潔保養(yǎng)，確保烘干溫度不低于120℃。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)400系熱軋鐵素體不銹鋼的酸洗采用“大破鱗、中拋丸、輕酸洗”的工藝方法。大延伸率破鱗解決氧化皮疏松程度差，中拋丸解決氧化皮清除不均勻、表面粗糙，輕酸洗解決色差、污染、過(guò)酸洗等造成的重洗及降級(jí)品的出現(xiàn)。酸洗白皮卷合格率、一級(jí)品率分別達(dá)到99.6%、98%以上，粗糙度≤3.0 μm以下，產(chǎn)品表面質(zhì)量滿足客戶使用要求，得到市場(chǎng)認(rèn)可。

［1］ 劉洋，韓斌，譚文，等.提高熱軋帶鋼酸洗效果的探討［J］.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，25（3）：7-10.

［2］ 夏伶勤.430不銹鋼表面氧化皮組成與界面結(jié)合強(qiáng)度的研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2010.

Pickling Technology of 400 Series Hot Rolled Ferritic Stainless Steel

LI Feng
（Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Laiwu 271100，China）

TG142.71

B

1004-4620（2017）05-0017-02

2016-12-14

李鋒，男，1977年生，2002年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院化工工藝專業(yè)?，F(xiàn)為泰鋼不銹鋼軋鋼廠工程師，從事不銹鋼熱軋、退火酸洗技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量管理工作。