國內(nèi)碳鋼酸洗機(jī)組的發(fā)展及技術(shù)創(chuàng)新

馬麗坤 佟 宇

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司軋鋼工程技術(shù)所 北京 100176)

1 前言

30年前，酸洗機(jī)組基本上都是引進(jìn)國外的技術(shù)，連續(xù)酸洗或酸軋聯(lián)合機(jī)組多是引進(jìn)SMS或者三菱的技術(shù)，推拉式酸洗多是引進(jìn)ANDRITZ的。但隨著國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，酸洗機(jī)組基本上實現(xiàn)了國產(chǎn)化，只有個別國企鋼廠仍采用引進(jìn)技術(shù)。酸洗機(jī)組也建的越來越多，水平參差不齊，對環(huán)境造成了一定的破壞。特別是近幾年，國家對環(huán)境保護(hù)要求的越來越嚴(yán)格，排放標(biāo)準(zhǔn)一再提高，一些超標(biāo)排放的機(jī)組都要求關(guān)停，沒有合理的環(huán)保措施的機(jī)組都需要整改，所以對新建酸洗機(jī)組要求越來嚴(yán)格，項目審批越來越難。酸洗機(jī)組面臨一個非常艱難的時期，淘汰或創(chuàng)新是酸洗機(jī)組首要解決的問題。

目前針對環(huán)保和節(jié)能等問題，一些單位研發(fā)出了新的工藝，例如減酸洗或免酸洗工藝，通過控制熱軋工藝來實現(xiàn)對帶鋼表面氧化鐵皮的控制，還有國外研發(fā)和應(yīng)用的無酸酸洗技術(shù)。由此可見，酸洗機(jī)組的發(fā)展面臨困境和挑戰(zhàn)。另外酸洗機(jī)組也向厚板酸洗方向發(fā)展，以往厚板酸洗都是單張板進(jìn)行浸泡式酸洗，現(xiàn)在厚度16mm以下的鋼卷可以通過推拉式酸洗機(jī)組來酸洗，這種規(guī)模化的酸洗線國外已經(jīng)有了幾條，國內(nèi)目前只有2條，一條是引進(jìn)國外技術(shù)，另外一條是我公司去年投產(chǎn)的厚板酸洗機(jī)組。

2 減酸洗和免酸洗技術(shù)

“十一五”規(guī)劃發(fā)展綱要提出將單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%的目標(biāo)值。國家對廢酸排放的懲罰力度加大，對鋼鐵材料后續(xù)加工的能耗要求進(jìn)一步提高。面對國家宏觀政策的調(diào)整，適應(yīng)我國節(jié)能減排的基本方針，下游生產(chǎn)企業(yè)迫切需要氧化鐵皮能適應(yīng)“減酸洗”甚至“免酸洗”的鋼材產(chǎn)品，以緩解乃至消除廢酸排放對生態(tài)環(huán)境造成的破壞。

酸洗的目的就是去除帶鋼表面的氧化鐵皮，為后續(xù)工序提供合格表面質(zhì)量的鋼材。氧化鐵皮的去除分機(jī)械除鱗和化學(xué)除鱗兩種方式。對于酸洗機(jī)組來說是兩種方式的結(jié)合，以化學(xué)除鱗為主，機(jī)械除鱗為輔。所以降低排放和消耗的主要因素取決于氧化鐵皮的成分。

熱軋鋼材表面氧化鐵皮一般由三層鐵的氧化物組成，最外層是較致密的Fe2O3，呈紅色；中間層是致密而無裂紋的Fe3O4，呈黑色；最內(nèi)層靠近基體的部分是疏松多孔、易被破壞的FeO，呈藍(lán)灰色。在酸洗過程中，F(xiàn)eO最容易被分解，F(xiàn)e3O4次之，F(xiàn)e2O3最難。Fe2O3不僅影響產(chǎn)品的外觀，而且經(jīng)常性的伴隨出現(xiàn)軋制壓入氧化鐵皮等缺陷，特別是對于后續(xù)供冷軋的原料，表面紅色氧化鐵皮將造成熱軋板酸洗時間長，酸洗效率低，酸耗增加。因此，控制熱軋鋼材的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)是減少酸洗用酸量、提高酸洗效率的重要途徑?？紤]到Fe3O4具有較好的黏附性，因此在隨后的深加工過程中不會因彎曲而發(fā)生脫皮和破裂。對于一些特殊用途的結(jié)構(gòu)鋼甚至可以取消酸洗過程，也就是所謂的黑皮鋼。這種鋼表面氧化鐵皮主要由Fe3O4組成，具有較高的塑性、較薄的厚度及與基體緊密的結(jié)合力[1]。而且這種熱軋板在深加工過程中氧化鐵皮可隨基體發(fā)生變形，因此不需要通過酸洗去除氧化鐵皮。由此可見，合理控制氧化鐵皮組織結(jié)構(gòu)是提高熱軋鋼材表面質(zhì)量、滿足用戶不同使用要求以及達(dá)到“減酸洗”或“免酸洗”目的的關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 帶鋼氧化鐵皮的成分

圖2 減酸洗鋼氧化鐵皮的成分

雖然免酸洗帶鋼避免了對環(huán)境的破壞，但是不是所有的產(chǎn)品都適用，特別是為冷軋機(jī)提供原料，必須經(jīng)過酸洗，所以更好的控制氧化鐵皮的成分，盡量不要產(chǎn)生Fe2O3，大部分是FeO，這樣可以降低酸洗消耗，提高酸洗效率。

3 無酸酸洗技術(shù)

目前市場熱軋板卷必須經(jīng)過化學(xué)酸洗之后才能進(jìn)入后續(xù)冷軋進(jìn)行軋制，或酸洗之后，去掉氧化鐵皮直接鍍鋅，即所謂的以熱代冷，雖酸洗工藝非常成熟，也在不斷改進(jìn)，但存在一個嚴(yán)重問題，那就是對環(huán)境的污染及破壞，酸霧、廢酸的排放都對環(huán)境造成非常大的影響。建設(shè)傳統(tǒng)的化學(xué)酸洗機(jī)組還需要配套相應(yīng)的酸再生和廢水處理廠，投資成本及生產(chǎn)成本都相應(yīng)增高。 特別是最近幾年國家對酸洗機(jī)組排放指標(biāo)要求越來越高，若不配建酸再生，沒有特殊的酸霧處理技術(shù)，酸洗項目很難審批。環(huán)保壓力迫使各個廠家在除鱗工藝上進(jìn)行研發(fā)和攻關(guān)。目前國外無酸技術(shù)主要有兩種型式：一是采用物理噴砂來除銹，二是采用氫氣還原除鱗技術(shù)。前者在世界范圍內(nèi)已經(jīng)建成幾條生產(chǎn)線，并在不斷的升級，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。該技術(shù)是由美國TMW(The Material Works)公司經(jīng)過多年卓有成效的研究和不斷改進(jìn)， 終于在2003年成功研究了板卷鋼材表面加工新技術(shù)——SCS(Smooth Clean Surface光滑清潔表面)，并在美國，歐洲等得到推廣，由于SCS專利技術(shù)還不能用到后續(xù)冷軋等工藝，應(yīng)用受到一定局限。為此，TMW公司繼續(xù)加大對板卷表面工藝技術(shù)的開發(fā)力度，終于在2007年6月開發(fā)并成功應(yīng)用噴丸單元(Eco Pickled Surface綠色表面清潔技術(shù)，見圖3)專利新技術(shù)，噴丸單元技術(shù)不僅在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量以及應(yīng)用范圍上都比SCS技術(shù)又向前推進(jìn)了一大步[2][3]。

圖3 無酸酸洗機(jī)組布置圖

無酸酸洗機(jī)組主要是利用除鱗單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸洗槽，采用水+鋼砂噴射的方式去除帶鋼表面的氧化鐵皮，由于不銹鋼鋼砂成本太高，后改成碳鋼鋼砂，為了防止鋼砂生銹，在砂漿里面加入了防銹劑，所以經(jīng)過砂漿處理后的帶鋼表面形成了一層鈍化膜，可以使帶鋼長期存放而不生銹。

相同產(chǎn)量的情況下，無酸酸洗與傳統(tǒng)酸洗對比如表1。

目前引進(jìn)無酸酸洗技術(shù)的投資比較高，產(chǎn)量比較低，對于一些高附加值的產(chǎn)品可以選擇，但是對于產(chǎn)量要求高的機(jī)組，需要投入的單元就很多，建設(shè)投資會很高，所以這也是具有這么多優(yōu)點的技術(shù)沒有大面積推廣的原因。面對環(huán)保的壓力，國內(nèi)也急需研發(fā)出成熟的無酸酸洗技術(shù)，取代傳統(tǒng)的酸洗工藝。目前國內(nèi)也有幾家單位開發(fā)了無酸酸洗技術(shù)，也有應(yīng)用，但是技術(shù)不是很成熟，需要繼續(xù)改進(jìn)工藝。

表1 無酸酸洗和傳統(tǒng)酸洗特點對比表

產(chǎn)品質(zhì)量[4]如圖4所示。

a)熱軋板表面 b)酸洗后表面 c)EPS后表面圖4 無酸酸洗處理后帶鋼表面質(zhì)量對比

4 中厚板卷酸洗技術(shù)

2016年以前，國內(nèi)還沒有生產(chǎn)厚度大于8mm普碳鋼卷的專業(yè)酸洗機(jī)組，常規(guī)連續(xù)酸洗機(jī)組生產(chǎn)6mm以下的產(chǎn)品，僅有一條可以生產(chǎn)8mm的連續(xù)酸洗機(jī)組，而且也并沒有規(guī)?；a(chǎn)厚板。對于厚度比較厚的鋼卷，采用推拉式酸洗機(jī)組生產(chǎn)更為靈活。國內(nèi)某鋼廠引進(jìn)了一條厚板推拉式酸洗機(jī)組，于2018年年初投產(chǎn)，目前機(jī)組運行平穩(wěn)，且機(jī)組設(shè)有在線平整機(jī)，產(chǎn)品表面質(zhì)量較好。

我公司總結(jié)十多年酸洗機(jī)組總承包的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，于2017年11月底投產(chǎn)了一條厚板酸洗機(jī)組，經(jīng)過一段時間的摸索和完善，目前已經(jīng)穩(wěn)定運行。該機(jī)組主要生產(chǎn)彈簧鋼、優(yōu)鋼、高強(qiáng)鋼以及碳素結(jié)構(gòu)鋼，代表鋼種有65Mn、50C、51CrV4、HSS440等；產(chǎn)品最大厚度12mm，最大抗拉強(qiáng)度980MPa。目前已經(jīng)生產(chǎn)過8mm、10mm以及12mm厚的帶鋼。經(jīng)過半年的生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)，對于厚板卷酸洗主要有以下幾點難度：一是帶鋼太厚太硬，帶頭不好處理，所以造成穿帶比較麻煩；二是必須選擇強(qiáng)力的矯直設(shè)備才能起到機(jī)械除鱗的效果；三是出口卷取機(jī)的能力要大，才能將鋼卷卷緊，所以出口區(qū)張力設(shè)備的布置至關(guān)重要。

5 結(jié)論

綜上所述，傳統(tǒng)酸洗技術(shù)正面臨危機(jī)，如何節(jié)能減排是目前需要解決的首要問題。如果無酸酸洗技術(shù)完全國產(chǎn)化并且產(chǎn)量提高之后，將給傳統(tǒng)酸洗非常大的沖擊，而且無酸酸洗技術(shù)在生產(chǎn)特殊鋼種以及厚規(guī)格帶鋼方面有先天的優(yōu)勢。無論是減酸洗技術(shù)的發(fā)展還是無酸酸洗技術(shù)的成熟，都推動著酸洗工藝的進(jìn)步。