國內碳鋼酸洗機組的發展及技術創新

馬麗坤 佟 宇

(中冶京誠工程技術有限公司軋鋼工程技術所 北京 100176)

1 前言

30年前，酸洗機組基本上都是引進國外的技術，連續酸洗或酸軋聯合機組多是引進SMS或者三菱的技術，推拉式酸洗多是引進ANDRITZ的。但隨著國內鋼鐵行業的迅猛發展，酸洗機組基本上實現了國產化，只有個別國企鋼廠仍采用引進技術。酸洗機組也建的越來越多，水平參差不齊，對環境造成了一定的破壞。特別是近幾年，國家對環境保護要求的越來越嚴格，排放標準一再提高，一些超標排放的機組都要求關停，沒有合理的環保措施的機組都需要整改，所以對新建酸洗機組要求越來嚴格，項目審批越來越難。酸洗機組面臨一個非常艱難的時期，淘汰或創新是酸洗機組首要解決的問題。

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

2 減酸洗和免酸洗技術

“十一五”規劃發展綱要提出將單位國內生產總值能源消耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%的目標值。國家對廢酸排放的懲罰力度加大，對鋼鐵材料后續加工的能耗要求進一步提高。面對國家宏觀政策的調整，適應我國節能減排的基本方針，下游生產企業迫切需要氧化鐵皮能適應“減酸洗”甚至“免酸洗”的鋼材產品，以緩解乃至消除廢酸排放對生態環境造成的破壞。

酸洗的目的就是去除帶鋼表面的氧化鐵皮，為后續工序提供合格表面質量的鋼材。氧化鐵皮的去除分機械除鱗和化學除鱗兩種方式。對于酸洗機組來說是兩種方式的結合，以化學除鱗為主，機械除鱗為輔。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；最內層靠近基體的部分是疏松多孔、易被破壞的FeO，呈藍灰色。在酸洗過程中，FeO最容易被分解，Fe3O4次之，Fe2O3最難。Fe2O3不僅影響產品的外觀，而且經常性的伴隨出現軋制壓入氧化鐵皮等缺陷，特別是對于后續供冷軋的原料，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構是減少酸洗用酸量、提高酸洗效率的重要途徑。考慮到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生脫皮和破裂。對于一些特殊用途的結構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構是提高熱軋鋼材表面質量、滿足用戶不同使用要求以及達到“減酸洗”或“免酸洗”目的的關鍵技術。

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境的破壞，但是不是所有的產品都適用，特別是為冷軋機提供原料，必須經過酸洗，所以更好的控制氧化鐵皮的成分，盡量不要產生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

目前市場熱軋板卷必須經過化學酸洗之后才能進入后續冷軋進行軋制，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，但存在一個嚴重問題，那就是對環境的污染及破壞，酸霧、廢酸的排放都對環境造成非常大的影響。建設傳統的化學酸洗機組還需要配套相應的酸再生和廢水處理廠，投資成本及生產成本都相應增高。 特別是最近幾年國家對酸洗機組排放指標要求越來越高，若不配建酸再生，沒有特殊的酸霧處理技術，酸洗項目很難審批。環保壓力迫使各個廠家在除鱗工藝上進行研發和攻關。目前國外無酸技術主要有兩種型式：一是采用物理噴砂來除銹，二是采用氫氣還原除鱗技術。前者在世界范圍內已經建成幾條生產線，并在不斷的升級，技術已經相當成熟。該技術是由美國TMW(The Material Works)公司經過多年卓有成效的研究和不斷改進， 終于在2003年成功研究了板卷鋼材表面加工新技術——SCS(Smooth Clean Surface光滑清潔表面)，并在美國，歐洲等得到推廣，由于SCS專利技術還不能用到后續冷軋等工藝，應用受到一定局限。為此，TMW公司繼續加大對板卷表面工藝技術的開發力度，終于在2007年6月開發并成功應用噴丸單元(Eco Pickled Surface綠色表面清潔技術，見圖3)專利新技術，噴丸單元技術不僅在產品質量、產量以及應用范圍上都比SCS技術又向前推進了一大步[2][3]。

圖3 無酸酸洗機組布置圖

無酸酸洗機組主要是利用除鱗單元代替傳統的酸洗槽，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。

相同產量的情況下，無酸酸洗與傳統酸洗對比如表1。

目前引進無酸酸洗技術的投資比較高，產量比較低，對于一些高附加值的產品可以選擇，但是對于產量要求高的機組，需要投入的單元就很多，建設投資會很高，所以這也是具有這么多優點的技術沒有大面積推廣的原因。面對環保的壓力，國內也急需研發出成熟的無酸酸洗技術，取代傳統的酸洗工藝。目前國內也有幾家單位開發了無酸酸洗技術，也有應用，但是技術不是很成熟，需要繼續改進工藝。

表1 無酸酸洗和傳統酸洗特點對比表

產品質量[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量對比

4 中厚板卷酸洗技術

2016年以前，國內還沒有生產厚度大于8mm普碳鋼卷的專業酸洗機組，常規連續酸洗機組生產6mm以下的產品，僅有一條可以生產8mm的連續酸洗機組，而且也并沒有規模化生產厚板。對于厚度比較厚的鋼卷，采用推拉式酸洗機組生產更為靈活。國內某鋼廠引進了一條厚板推拉式酸洗機組，于2018年年初投產，目前機組運行平穩，且機組設有在線平整機，產品表面質量較好。

我公司總結十多年酸洗機組總承包的經驗基礎上，于2017年11月底投產了一條厚板酸洗機組，經過一段時間的摸索和完善，目前已經穩定運行。該機組主要生產彈簧鋼、優鋼、高強鋼以及碳素結構鋼，代表鋼種有65Mn、50C、51CrV4、HSS440等；產品最大厚度12mm，最大抗拉強度980MPa。目前已經生產過8mm、10mm以及12mm厚的帶鋼。經過半年的生產經驗總結，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；二是必須選擇強力的矯直設備才能起到機械除鱗的效果；三是出口卷取機的能力要大，才能將鋼卷卷緊，所以出口區張力設備的布置至關重要。

5 結論

綜上所述，傳統酸洗技術正面臨危機，如何節能減排是目前需要解決的首要問題。如果無酸酸洗技術完全國產化并且產量提高之后，將給傳統酸洗非常大的沖擊，而且無酸酸洗技術在生產特殊鋼種以及厚規格帶鋼方面有先天的優勢。無論是減酸洗技術的發展還是無酸酸洗技術的成熟，都推動著酸洗工藝的進步。