8钢铁技术2014 年第 3 期轧钢无酸除鳞技术浅析刘玉堂(重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司重庆 401122)【摘要】针对带钢氧化铁皮处理技术中酸洗工艺存在的环境污染问题，总结分析了现行主流无酸处理技术的原理、结构 及技术特点和各自的市场前景。【关键词】氧化铁皮除鳞环保无酸除鳞1. 概述 带钢在热轧生产过程中，由于带钢和空气中的 氧发生化学反应，在表面会形成一定厚度的氧化层， 俗称氧化铁皮。终轧冷却后的带钢氧化铁皮一般由 三层结构组成，最上层为红色的三氧化二铁（Fe2O3）， 约占1%2%，中间层为磁性四氧化三铁（Fe3O4）， 约占4%18%，最下层的维氏体（主要是氧化亚铁 FeO）约占80%95%，总体厚度一般为7.515， 氧化铁皮以下为带钢基体1，其结构如图1所示：图 1 热轧板的氧化铁皮结构热轧带钢冷轧前，去除氧化铁皮（称为除鳞） 是非常重要的工序，目的是防止氧化铁皮及杂质压 入带钢基体，影响冷轧板表面质量及加工性能，以 及损坏轧辊等。酸洗工艺是目前国内外普遍采用的 除鳞技术，通过化学反应溶解带钢表面氧化铁皮。 但酸洗采用化学腐蚀的方法，不可避免的对环境带 来一定的污染，并且设备防腐要求高；酸液处理成 本高；同时易造成除鳞不均，产生欠酸洗、过酸洗等缺陷，金属损失大2。为此世界各国都为改进、 提高除鳞工艺在进行研究和攻关，寻找有效的新技 术以替代酸洗工艺。2. 国内外无酸除鳞技术的发展概况 2.1APO 除鳞法 APO除鳞法全称是“铁粒摩擦除鳞法”, 该除鳞工艺是前苏联发明的。除鳞原理如下：带钢通过 拉伸矫直机，使其表面氧化铁皮碎裂，然后带钢通 过除鳞箱，除鳞箱中的铁粒依靠摩擦作用将带钢氧 化铁皮清理干净。前苏联与原西德共同开发研制出有三套APO装 置的连续式除鳞机组，于1989 年在切列波维茨车 钢铁厂试车投产，这是世界上第一套连续式机械除 鳞装置3：APO除鳞装置的优点是环保，能源消耗、操作 维修成本和投资成本低,除鳞质量、环保、生产周 期上都优于酸洗方式，缺点是宽规格带钢除鳞质量 不均匀，没有被广泛应用4。2.2等离子除鳞法 等离子除鳞法是一种无酸除鳞清洗技术，是一种环保的新工艺，被广泛关注。 该技术按工作环境通常分为常压等离子体和真空等离子体两种方式。常压等离子体是指在大气 环境下的清洗技术，通过气体放电电离产生集中高 速离子轰击物质的表面达到清洗目的。真空等离子 体则指在真空环境下的清洗技术，包括物理过程和 化学过程，由瞬时高能量将污染物蒸发，及在高能2014 年第 3 期钢铁技术9离子轰击下污染物脱离表面，还可使表面元素与气 体产生化学反应，最终经真空系统排除。目前，真空等离子体技术是对冷态冶金产品进此工艺除 浆液浓度的缺零排喷嘴磨损严重，能耗高，不易调整 外, 有如下优点：，环保； 行清洗的有效方式，主要以真空内电弧放电实现。除鳞速度快、质量好，除鳞率99以上， 将处理对象作为阴极，电弧放电会在阴极表面形成 阴极斑点，产生大量金属蒸汽，这些金属蒸汽在真对不锈钢 磨料省去表面研磨工序； 水循环利用，生产成本低；空电弧放电过程中被电离而形成等离子体。阴极斑厂房、设备无防腐要求； 点一方面在阴极表面烧蚀后留下弧坑，清除了金属 表面的氧化物和其它污染物，另一方面被清除的物自动 对除程度高、操作简便，安全可靠； 冷轧的连续化有促进作用。质蒸汽具有一定高气压，而在真空中高速从表面扩 散至周围空间，通过真空系统排除，最终达到清洗2.4SCS 除鳞法 SCS技术2001年在日本新日公司形成雏形，钢材表面的效果。设备主要包括真空系统、供气系 统、回收装置、放电系统、温控系统、监测系统等2003年在美国TMW（The Material Works）公司形 成SCS专利技术。它是在密闭的空间内，根据带钢 5。等离子除鳞技术环保，同时产品的表面清洁度厚度自动调节 行中的钢板表磨辊辊缝，由研磨辊研磨洗刷掉运 的氧化铁皮，仅保留最底层几微米与质量稳定性均得以提高，是一种可替代酸洗的干厚的维氏体层（主要是FeO），由循环过滤水冲洗 洗技术，具有显著的环境效益，主要缺点是处理速 度慢6。2.3高压喷砂除鳞法 高压喷砂除鳞法（NID）是日本石川岛播磨重工业公司从1973年起着手研究的。高压喷砂除鳞是 将水加压至一定的压力，由除鳞喷嘴高速喷出，与 供砂系统提供的砂浆高效混合，形成高能砂浆流， 高速喷向带钢表面，借助高速砂浆流的打击、冲蚀 和修磨作用，将带钢表面的氧化铁皮、杂质等清除 干净，从而达到清理和暴露缺陷的目的7。二十世纪九十年代初，长沙矿山研究院高压水 射流研究所与湖南涟源钢铁集团公司五轧钢厂共 同研制钢坯、圆钢冷态磨料水射流除鳞生产线，获 得成功，为国内首创，达到世界领先水平。该生产掉研磨下来的 锈层，其工作化铁皮，最终形成约7微米厚的防 理如图2所示。图 2SCS 工作原理图线的研制成功，不仅使钢铁工业的圆钢和钢坯得到SCS单元的核心设备研磨机，是由一系列高速 一种既好又省的除鳞方法，而且也为带钢、钢板、旋转的研磨辊成，研磨辊以与轧件运动相反的方 线材除鳞采用先进工艺提供经验。2006年湖南有色向高速旋转，在板带的上下表面刷去氧化铁皮，刷 重型机器有限责任公司与金川集团公司共同合作掉的氧化铁皮循环过滤水系统冲洗。 开展镍合金盘条无酸除鳞工艺与设备的研究，2008经SCS处理后的板卷不需做任何涂油处理，在 年3月设备投入生产，到2009年4月止，镍合金盘条常规情况下可存4年不会生锈，便于储藏，图3为 无酸除鳞生产线已连续正常运行1年多，设备可靠 性、处理质量、产能和成本等各项指标都达到了要 求。无酸除鳞技术在镍合金盘条加工生产线的成功 应用，是金属加工生产工艺的革命，标志着我国首3年后也没有生锈的实物照片。 SCS技术加工的产品质量好、成本低，可替代酸洗工艺，达到以热代冷的目的，是一项环保型新 工艺、新技术，至今已在美国和欧洲得到应用和推 条镍合金盘条无酸除鳞生产线正式进入工业应用，广，产生很好术、经济及社会效益。 成功取代酸洗，实现金属加工过程的清洁生产8。但SCS工艺还存在以下局限性：10钢铁技术2014 年第 3 期板带表面的氧化铁皮。砂 浆冲击运行中板带的上 /下表面以去除杂物或氧化铁皮，工作原理如图4：图3 经 SCS 处理的钢板 3 年后的表面效果SCS 处理的带钢的应用仍具有一定的局限 性，它可替代 75%以上的热轧板，50%以上的酸洗涂 油板和 15%以上的冷轧板；带钢强力挤压和变形可能导致破坏 SCS防 锈层，不适用于冷轧、深度冲压和旋转深度冲压等 加工；SCS 处理的带钢不适于进行连续热镀锌、图4 EPS工 作原理图砂浆由介质入口送入 去鳞轮，去鳞轮在电机 的驱动下高速旋转，砂浆 被去鳞轮旋转离心加速， 不断被甩出，形成扇形砂 浆幕，均匀打击板带表 面。电镀锌等加工，因镀层时间较短，镀锌比较困难，砂浆是形不规则的、高硬度的钢砂和水的混但能较好地应用在单张浸入式热镀锌上。合物，钢砂颗粒大小的选择及混合比例根据要获得3.表面生态除鳞法的板带表面粗 在待处理度而定。 板带宽度方向，每一排布置两个去为解决SCS存在的局限性，TMW公司进一步开鳞轮，旋向相反。同一排的两个去鳞轮在带钢运行发了EPS（E EcoP PickledS Surface表面生态除鳞 ）技 术。与SCS不同的是，EPS采用砂浆喷射原理 去除方向前后错开 力，如图5。置，防止浆幕互相干扰，降低打击图 5一排成对去鳞轮布置方式喷射的介质是特殊的很硬的钢砂和水的混合 物。钢砂具有很高的硬度，大小在0300.71mm 之 间，颗粒大小的选择及混合比例根据要获得的表面粗糙度而定。由于有水的柔化作用，同时砂浆抛射 速度较低，大约在30.561m/s，最佳速度为40 45m/s，因此可以提高钢砂的使用寿命，也可以防2014 年第 3 期钢铁技术11止钢砂嵌入带钢表面，获得高质量的除鳞产品，钢 砂形状如图9所示。EPS单元可处理钢卷，也可处理钢板。EPS钢卷 处理线由EPS单元与开巻机 、矫直机或拉矫机、对EPS单元是EPS处理线的核心设备，图6是EPS单中装置、烘干、在线光亮度检测仪、涂油机（可 元外形图，每套EPS单元配置有八个去鳞轮，上下 各四个（两对），每个去鳞轮配有一个混合阀。每选）、巻取机等组成。EPS单元数量根据处理速度、 产能需求而定，EPS生产线布置如图7所示。套EPS单元配有一套介质循环过滤、分离系统。热轧卷经 8所示：洗和EPS处理的表面质量比较如图用光谱对热轧板和EPS处理板表面氧化物进行 检测，检测结果如图9所示 9。可以看出热轧板光谱照片的氧的峰 处理板光谱照很大，表示含有大量氧化物；而EPS 显示氧的峰值没有了，表示除鳞很彻底。通过光谱对酸洗和EPS处理后的钢板表面进 行检测，二者十分吻合，表示两种方法都能有效除 鳞。图6 EPS单元图图 7EPS 钢卷处理线热热轧轧板板热轧酸洗板热轧酸洗板EPSEPS 处理板处理板图 8 EPS 产品与其它产品表面质量比较12钢铁技术2014 年第 3 期图9热轧板表面含氧EPS处理后氧量峰值消失了表面纹理和粗糙度检测：通过表面纹理检测，可以发现EPS处理板的表面纹理要比酸洗板的表面纹理 波动小，粗糙度Ra更加均匀，如图10所示。图 10酸洗后表面波纹EPS 处理后表面波纹图10第一幅分布图表示酸洗带钢表面，深度差 值很大，与其自身形成的曲线图中看到的差值相吻中国（1套）和印度（1套）。国内首条EPS处理机 组落户太钢，该工程已于2013年7月正式投产并生合（直方图下面的曲线图）。第二幅分布图是EPS 处理带钢的表面曲线图形,与酸洗带钢的曲线图相 比,深度差值减小很多。经分析可得如下结论：1） EPS处理线可完全去除带钢表面氧化铁皮；2）EPS 处理后获得的表面粗糙度Ra值比酸洗处理后获得 的Ra值更均匀，说明可改善带钢的粗糙度；3）通 过改变磨料种类、颗粒度比率、砂浆喷射速度、喷 射流量、喷射角度，以及带钢运行速度等参数，可 获得不同的带钢表面质量（较粗糙或较光滑）。EPS技术最近两年总共投入了7条生产线，分布产出第一卷合的钢卷，产品如图11：在美国（3套）、墨西哥（1套）、韩国（1套）、图 11 太钢 EPS 处理卷照片2014 年第 3 期钢铁技术13表面生态除鳞（EPS）技术的特点： EPS处理的板带表面更光亮、清洁、均匀； 可替代酸洗，是一种绿色除鳞技术； EPS生产线占地面积较酸洗、涂油线小的 多；EPS处理的板带具有防锈能力； EPS处理板带的厚度范围更大，可以处理 厚度范围6.35mm12.7mm板带，并且可以处理单张 板，较酸洗更有优势；部分热轧板经EPS处理后可直接替代冷轧 板使用，实现以热代冷的目的；EPS产品可用于冷轧加工，可与冷轧组成 生产线，甚至可在大型酸洗冷轧生产线上增加EPS 单元；EPS产品可进行连续热镀锌，优于SCS产品。4. 结语 随着终端用户对热轧板带表面质量要求的不 断提高，以及世界各国环保意识的不断提高，酸洗 工艺已不能满足未来行业的发展要求，无酸除鳞必 将成为行业发展的新趋势。EPS是一革命性新技术，其生产出的产品表面 均匀、光亮、清洁，可继续进行冷轧，连续热镀锌等深加工，并可以直接替代酸洗与冷轧生产线联合。 EPS工艺是完全环保的新工艺、新技术，具有很好 的技术、经济及社会效益。参考文献1吴祝民.热轧带钢氧化铁皮的成因及对策. 轧钢，2007 （3）。 2彭钧寸海红邓涵. 欠酸洗和过酸洗产生原因及防预措施. 中国科技信息, 2008（18）。3