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酸洗原理及控制课件
酸洗原理及控制吴则豹 一、概述 冶金、机械工业生产过程中,由于钢铁材料本身的性质如强度、硬度、塑性和韧性的限制,生产加工往往是冷、热加工过程穿梭进行,进而完成对产品的制造过程。然而又由于材料的化学特性和生产成本的限制,使得经过高温加工过程的材料表面常出现氧化和脱碳现象,也就是常说的形成氧化皮。硬而脆的氧化皮妨碍了材料的进一步加工,酸洗去除氧化皮,保证下一工序能正常进行作业成为必然。 二、氧化皮的构成 氧化皮泛指在金属机体表面由里及表氧化生成的灰色的FeO、黑色的Fe3O4和红色的Fe2O3组合。碳素钢和低合金钢表面上的氧化皮具有多孔、疏松和微裂纹的性质。 * 三、氧化皮的生成条件 1、钢中合金元素的种类:Cr、Mo等合金钢氧化皮虽薄但致密,耐腐蚀; 2、热轧材料的热轧温度、加热温度、终轧温度、轧后冷却速度和周围环境介质含氧量的变化; 四、氧化皮的耐蚀性能 1、氧化皮中各种氧化物的耐酸蚀的能力是大不相同的,耐酸蚀能力由强到弱的顺序依次是:Fe2O3≥ Fe3O4(4倍) ≥ FeO (约10倍) 。 2、由于氧化皮的结构是由外层到内层依次是Fe2O3层、Fe3O4层和FeO层,因此酸洗的快慢主要取决于最外层的Fe2O3。 3、 Fe2O3虽难以酸洗,但往往其结构疏松时酸液易透过该层进入Fe3O4层,而Fe3O4层致密而脆。因而在Fe2O3层不是很厚很致密的情况下致密的Fe3O4层的状况决定着酸洗的快慢。 4、 FeO层不耐酸蚀,腐蚀快,对氧化皮起到脱壳的作用。 * 五、酸洗过程的原理(1) 酸液在与外层的Fe2O3层、中层的Fe3O4层反应的同时,也通过裂纹和孔隙与内层的FeO层和钢的机体Fe起化学反应。归纳起来,酸洗过程产生以下作用: 1、溶解作用 Fe2O3 +6HCl=2FeCl3+3H2O Fe3O4+8HCl=2FeCl3+2FeCl2+4H2O FeO +2HCl=FeCl2+H2O 以上三个反应式中,而最后一个反应最快。这样内层溶解加速了整个酸洗过程。 2、机械剥离作用 Fe+2HCl=FeCL2+H2 ↑ 五、酸洗过程的原理(2) 这些透过孔隙和裂纹的酸液与机体反应产生大量的H2气体加速了整个酸洗过程。 盐酸主要靠对氧化皮的溶解作用去除氧化皮。然而这个反应式也告诉我们材料与酸接触产生氢脆的原因就是氢原子H进入材料晶格所致。 * 3、还原作用 Fe2O3+2〔H〕=2FeO+H2O Fe3O4+2〔H〕=3FeO+H2O FeCl3+2〔H〕=FeCl2+HCl 一部分氢原子靠其化学活性及很强的还原能力,将高价铁氧化物和高价铁盐还远成易与盐酸起作用的低价铁氧化物及易溶解于盐酸的低价铁盐。 五、酸洗过程的原理(3) * 1、氧化皮的厚度和结构 Fe2O3层越厚,越难清洗; Fe3O4层裂纹和孔隙越多,越易清洗; 氧化皮层越不均匀,越难清洗干净,或越易出现局部过腐蚀。 六、影响酸洗速度的因素(1) * 六、影响酸洗速度的因素(2) 2、酸洗液的浓度 当酸液的浓度由2%增加到25%时,酸洗速度:盐酸增加10陪,硫酸增加1倍。因而盐酸酸洗适当提高浓度是可行的,硫酸则意义不大。 3、温度 酸洗温度由18℃增加到60℃时,盐酸酸洗速度增加9~10倍;硫酸酸洗速度增加9.5~14倍。当温度的增加酸液损耗急剧上升,同时劳动环境恶化。 * 六、影响酸洗速度的因素(3) 4、酸液中的铁盐含量 随着酸洗过程进行,盐酸不断消耗,酸液中的铁盐FeCl3和FeCl2含量不断增加。铁盐的含量增加虽然会促使酸洗速度提高,但也会造成盐酸的加速挥发和损耗。盐酸的浓度越高,对铁盐的饱和度越低,也就说高浓度的盐酸酸洗过程酸液的消耗远大于低浓度。一般盐酸浓度达到20%~22%时铁盐很容易达到饱和状态。 * 六、影响酸洗速度的因素(4) 5、酸洗的方式 喷淋式酸洗腐蚀产物不断流走,使得材料的表面总是接触到酸液,酸洗效果好,速度快。但工作环境恶劣,酸液挥发快。 浸泡式酸洗腐蚀产物易覆盖在材料表面,造成腐蚀不均和酸洗速度下降。因而在浸泡式酸洗过程中时常上下移动一下工件有利于去掉腐蚀产物加快酸洗进度和做到酸洗效果均匀。 * 六、影响酸洗速度的因素(5) 6、钢的化学成分 钢种的某些化学元素如Mg、Ca能使氧化皮变得疏松而易于清洗。然而多数合金元素,
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