專利名稱：酸洗的鋼制品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材的后處理方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在連續沖洗設備中通過用水沖洗而對酸洗的碳鋼熱軋帶材進行后處理的方法。
業已知道，為了去除氧化皮，需要將鋼材在酸中進行酰洗。在大多數現代化的酸洗設備中使用鹽酸作為酸洗介質。在酸洗工序后，必須消除附著在材料表面(例如熱軋帶材表面)上的殘留的酸洗酸。這通常是在連續沖洗設備中，例如在一個多級的對流沖洗設備中進行，這種多級對流沖洗設備在大多數情況下是以壓力噴射設備的形成構成。
與帶材一起從最后的酸洗工序帶出的酸洗酸被帶入沖洗設備，并且以與帶材移動方向對流地從一個區域到一個區域地用沖洗水進行處理。因此，在各個沖洗區形成鹽酸和鐵離子的確定濃度分級。在沖洗水中主要存在下述物質Fe(II)離子、Cl離子和H+離子。由H+離子濃度可以確定沖洗水的酸含量。標明該酸含量比標明pH值更為適宜，pH值是作為H+離子濃度的負十進制的對數來定義的。
通過減少沖洗水中的酸離子濃度(例如通過不斷稀釋)，沖洗液的pH值提高。從某一臨界pH值起，存在于沖洗水中的鐵離子開始水解，即進行下列偶聯反應
兩價的氫氧化亞鐵Fe(OH)2很容易被空氣中的氧氧化成三價的氫氧化鐵Fe(OH)3
這種水解反應過程取決于pH值和溫度的高低。除了這種物理-化學影響因素之外，水解反應和氧化反應還取決于時間。根據經驗，發生水解反應的臨界時間值大約在30秒。
在正常操作條件下，帶鋼在連接在酸洗設備后的沖洗設備中的停留時間遠在可以開始水解反應的臨界時間之下，因此水解產物不可能沉積到帶鋼表面上。
但是視情況而定，如果由于操作故障在酸洗操作中出現帶鋼停止，當該故障時間顯著超過水解反應的臨界時間值時，水解產物就不可避免地沉積在帶鋼表面。這種沉積主要發生在沖洗設備的最后兩個沖洗區，在這兩個沖洗區中，由于不斷稀釋，pH值已經大大提高。在材料表面上的水解產物沉積(也稱為水解斑點)降低了所得產品的質量。在許多情況下，被水解產物嚴重沾污的材料不適合繼續使用。因此，對于生產的經濟效益來說，一個重要的技術問題是考慮有利的抑制水解的條件，改善經過酸洗的鋼產品的后處理。
對于鋼產品來說，為了在酸洗設備后面的沖洗設備中避免水解反應，已知有許多處理方法。
一種避免水解反應的方法是冷卻沖洗液。根據水解反應對溫度的依賴關系，通過冷卻使臨界水解時間有輕微的增加。
根據經驗，臨界水解時間增加因數約為2，也就是說，在約60秒的帶鋼停頓后開始形成水解產物的沉淀。但是，大多數情況下操作故障持續時間遠遠大于60秒，因此用這種方法不能顯著地減少水解斑點的形成。
另外一種避免水解反應的方法是，向沖洗液中摻入抑制水解反應的化學物質。盡管這些添加物在中和設備中的沖洗水的處理中造成問題，例如增加廢水中的CSB(化學需氧量)值，但添加化學物質比冷卻沖洗水達到顯著改善的效果。
本發明提出的任務是，避免上述方法在后處理酸洗的鋼產品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材時的缺點，避免在連續沖洗設備中在產品表面上形成水解產物，并由此改善表面質量。
按照本發明，該任務是這樣解決的，即向沖洗設備的至少一個沖洗區中吹入不活潑氣體，例如氮氣或惰性氣體。可以看到，通過吹入不活潑氣體可以杜絕在酸洗的鋼制品表面上形成水解斑點。通過吹入不活潑氣體，沖洗區中的氧含量被大大降低，已不可能將Fe(II)離子氧化成Fe(III)離子，從而防止了水解的最重要的部分反應，不發生水解產物的沉積，因此改善產品的表面質量。
按照本發明，該任務還通過以下方式解決，即向沖洗設備的至少一個沖洗區中吹入二氧化碳(CO2)。此時可以看到，通過將二氧化碳吹入沖洗區，在帶鋼停止時可以完全防止在酸洗的鋼產品表面上形成水解斑點。由于吹入二氧化碳，在沖洗水中形成碳酸根離子(CO32-)和碳酸氫根離子(HCO3-)，這些離子導致水解反應的平衡向反應物方向移動。當然，吹入二氧化碳也同樣附帶引起氧含量減少，從而防止Fe(II)離子的氧化。
本發明的任務還可以以一種更有利的方式來解決，即吹入不活潑氣體(例如氮氣或惰性氣體)中二氧化碳的混合物。通過吹入氣體排出氧的作用和二氧化碳的化學作用的結合，可以進一步提高本發明方法的功效。
根據本發明的另一個特征，優先選擇將不活潑氣體和/或二氧化碳吹入沖洗設備的最后沖洗區，最好是最后兩個沖洗區，在最后的或兩個最后的沖洗區中，由于沖洗水經過不斷稀釋已提高pH值，水解產物沉積的可能性最大，因此在避免水解斑點的部位吹入不活潑氣體和/或二氧化碳以及由此而引起改善產品表面質量是特別有利的。
本發明的任務還可以以有利的方式進一步來解決，即連續地輸入不活潑氣體和/或二氧化碳。當酸洗的鋼產品經過沖洗設備時，通過連續供給用于吹入沖洗區的氣體，能保證持續地避免水解產物的沉積，從而保證了表面質量的改善。
但是，作為一種供選擇的替換方案，也可以預先規定不連續地輸入不活潑氣體和/或二氧化碳。在不連續輸入時，所使用的氣體在例如由于操作故障而引起帶鋼停止時才被輸入，借此防止水解產物沉積。與連續輸入相比，可以減少所使用氣體的量。可以根據設備的性能和基本結構選擇這兩種輸入所用氣體方法中的一種。
在本發明的另一個有利的實施方案中，在沖洗液上方吹入所使用的氣體。通過從上方吹入氣體，保證氣體在沖洗區均勻分布，這種均勻分布對可靠地避免水解產物沉積是必不可少的。
在本發明的又一個有利的實施方案中，將所使用的氣體吹入沖洗液中。采用這種方案，與從上方吹入氣體相比，實現了氣體在沖洗區中的更充分的分布和混勻。此外，由此也達到改進溶解在沖洗液中的氧的排除或者在沖洗液的整個液體體積中均勻地化學抑制水解反應。
為了解決該任務，按照本發明的方法，一種用于對酸洗的鋼產品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材進行后處理的設備由多個沖洗區構成，每個沖洗區至少具有一個用于液體沖洗介質(優選的是水)進入的開口，按照本發明，這種設備的特征是，至少一個沖洗區設置有至少一個用于吹入氣體的進入口。
為了在設備的最危險部位將水解減少至最小，優先選擇考慮在最后的沖洗區、尤其是最后的兩個沖洗區的至少每個區設置一個用于吹入氣體的進入口。
在本發明的另一個有利的實施形式中，至少一個進入口設置在液面上方，這樣氧可以經過液體迅速排出。
在本發明設備的另一種改型中，至少一個進入口設置在液面下方，以便可以將所使用的氣體直接吹入沖洗液中。
按照本發明的另一個特征，為了吹入所使用的氣體，預先規定至少一個旋轉鼓風機，最好是具有500-1000m3/h輸送能力的旋轉鼓風機。因為必須通過吹入不活潑氣體和/或二氧化碳，在最短的時間(約20秒)內使氧含量降低至微量(約1％(體積))，所以，尤其在不連續輸入氣體時需要迅速輸入充足量的不活潑氣體和/或二氧化碳。具有500-1000m3/h輸送能力的旋轉鼓風機以將所吹入的氣體充分輸入到沖洗液中的最佳方式適用于普通尺寸的沖洗區。
按照本發明的又一個特征，該設備裝有一個不受沖洗設備的電路影響的調節裝置，該調節裝置在帶鋼停止時引起吹入氣體。這種措施尤其在不連續輸入氣體時是重要的。在由于設備斷電而引起帶鋼停止時，該調節裝置不受設備的電路影響就顯得尤為重要，可以使本發明的方法穩定可靠地發揮作用。
最后，按照本發明的另一個特征規定，這些至少各具有一個用于不活潑氣體和/或二氧化碳進入口的沖洗區是可以密封而防止氣體交換的。
下面參照附圖詳細地闡述本發明。
圖1示意地表示一種設備的示范實施形式，該設備具有將氣體吹入沖洗區的最后兩個槽中的氣體吹入裝置。圖2示范和示意地表示一種具有氣體循環的設備。
在兩個附圖中四個彼此相繼的沖洗級以標號1，2，3和4表示，經過酸洗的帶材5依次通過這四個沖洗級。在四個沖洗槽1、2、3和4之前，之間和之后設置若干對壓液輥6。各借助一個循環泵7將沖洗水循環到四個沖洗槽1、2、3和4的每一個槽中，其中沖洗水經過噴射管8被噴到帶鋼5上。
在帶鋼5停止的設備故障中，為了能用不活潑氣體、二氧化碳或其混合氣體注滿最后兩個沖洗槽3和4，在倒數第二個沖洗級3裝備一個排氣機9，該排氣機將存在于沖洗液上方的空氣經過一根管道12抽出。經過管道10將不活潑氣體、二氧化碳或這兩種氣體的混合物輸向槽3和4，并經過進口19和20吹入沖洗槽3和4中。最好在兩個槽3和4之間預先設置一根連接管11。
進口19位于各個沖洗槽1、2、3或4中的沖洗液的液面上方，并且最好是與排氣機9和管道10一樣確定所需的尺寸，使槽在最短時間、最好在20秒內，可以完全充滿所吹入的氣體。所說的完全充滿應理解為用該氣體充滿至約1％(體積)的氧殘余量。
設在各個槽1、2、3或4中的沖洗液液面下方的吹入氣體進口20對于導入二氧化碳是特別有利的，二氧化碳可以部分地溶入沖洗液中，用化學方法抑制水解反應。
沖洗水最好是經過一根管道13被輸送到最后的沖洗槽4，然后以一種對流串聯沖洗設備的形式從最后沖洗級4經過連接管14導向第一沖洗級，并從第一沖洗級經管道15排出。
在圖2中，相同的設備部分用與圖1中相同的標號表示。不過，此時排氣機9設置在第一沖洗級1，經過管道10以及進口19、20將不活潑氣體、二氧化碳或其混合氣體輸送到各個沖洗槽1、2、3和4。
在各個沖洗槽1、2、3和4中設置了用于存在于其中的氣氛的旋轉式鼓風機16和循環管道17。各個沖洗槽1、2、3和4再通過管道11連接起來。
用于最后三個沖洗槽2、3和4的沖洗水的外部循環管道通過管道18互相連接。
實施例在普通氣氛(空氣)中，用含HCl的沖洗水通過噴灑對剛酸洗過的優質鋼37-2的碳鋼熱軋帶材進行處理，其中，總HCl濃度是0.2g/l或0.02g/l。沖洗液的溫度在60℃和80℃之間。
在約30秒的處理時間之后，帶材表面上開始出現水解斑點(形成看得見的水解產物)。隨著處理時間增加這種作用增強，即水解產物的形成劇烈增加。帶材表面經過淡褐色變成深褐色。
隨后，用相同材料在相同條件下重復此試驗，不過，此時將氮氣吹入沖洗槽中，在沖洗槽中建立惰性氣氛。可以看到，在極長的處理時間(10分鐘)帶材表面絲毫沒有變色，帶材表面保持其金屬的淡灰色光澤。
將氬氣吹入沖洗槽，除此之外在相同的前提和條件下進行處理，也產生與上述試驗相同的有利作用。使用氬氣時的附加優點在于，其密度比空氣或氮氣都大，基于這種密度差可以防止空氣進入沖洗槽中，或者至少可將空氣減至最少。
在另一個試驗中，在與上述試驗相同的前提和條件下吹入二氧化碳，此時也產生相同的有利作用。
在吹入二氧化碳-惰性氣體的混合氣體并選擇與上述試驗中相同的試驗條件和參數時，也可以防止在表面形成水解斑點。
權利要求
1.在連續沖洗設備中通過用水沖洗對酸洗的鋼制品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材進行后處理的方法，其特征在于向沖洗設備的至少一個沖洗區(1、2、3或4)中吹入不活潑氣體，例如氮氣或惰性氣體。
2.通過在連續沖洗設備中用水沖洗，對酸洗的鋼制品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材進行后處理的方法，其特征在于向沖洗設備的至少一個沖洗區(1、2、3或4)中吹入二氧化碳。
3.權利要求1或2所述的方法，其特征在于吹入不活潑氣體例如氮氣或惰性氣體和二氧化碳的混合氣體。
4.權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于將不活潑氣體和/或二氧化碳吹入沖洗設備的最后沖洗區(4)，最好吹入最后的兩個沖洗區(3、4)。
5.權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于連續地輸入不活潑氣體和/或二氧化碳。
6.權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于不連續地輸入不活潑氣體和/或二氧化碳。
7.權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于在沖洗液上方吹入不活潑氣體和/或二氧化碳。
8.權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于將不活潑氣體和/或二氧化碳吹入沖洗液中。
9.對酸洗的鋼制品、尤其是酸洗的碳鋼熱軋帶材進行后處理的設備，它由多個沖洗區(1、2、3和4)構成，每個沖洗區至少具有一個用于液體沖洗介質、最好是水的進口(8)，其特征在于至少一個沖洗區(1、2、3或4)備有至少一個用于吹入氣體的進口(19、20)。
10.權利要求9所述的設備，其特征在于最后沖洗區(4)、最好是最后兩個沖洗區(3、4)每個備有至少一個用于吹入氣體的進口(19、20)。
11.權利要求9或10所述的設備，其特征在于至少一個進口(19)設置在液面的上方。
12.權利要求9或10所述的設備，其特征在于至少一個進口(20)設置在液面以下。
13.權利要求9至12中任一項所述的設備，其特征在于為了吹入氣體設置至少一個最好具有500-1000m3/h輸送能力的旋轉鼓風機(9)。
14.權利要求9至13中任一項所述的設備，其特征在于沖洗區(1、2、3或4)裝有一個不受沖洗設備的電路影響的調節裝置，該調節裝置在帶鋼停止時導致吹入氣體。
15.上述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于至少各具有一個用于不活潑氣體和/或二氧化碳的進口(19、20)的沖洗區(1、2、3、4)是可以密封而防止氣體交換的。
全文摘要
在連續沖洗設備中通過用水沖洗對酸洗的鋼制品進行后處理的方法，其中，將不活潑氣體或惰性氣體吹入沖洗設備的至少一個沖洗區(1、2、3或4)中，以此在帶鋼停止的情況下可以防止在鋼制品表面形成水解斑點，用于實施該方法的設備由各具有至少一個用于液體沖洗介質的進口(8)的多個沖洗區(1、2、3、4)構成，這些沖洗區(1、2、3或4)中的至少一個備有至少一個用于吹入氣體的進口(19、20)。
文檔編號B08B3/02GK1128548SQ94193019
公開日1996年8月7日 申請日期1994年7月5日 優先權日1993年7月8日
發明者W·卡納, K·吉倫內克 申請人:安德里茨-專利管理有限公司