CN104195583B - 一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法及装置，在酸洗槽中对冷拔冷轧钢管进行酸洗，再对含有铁屑的ph＝2～5酸洗液进行粗过滤，脱除粒径大于3mm的铁屑等固态颗粒物质，在耐酸泵作用下，将粗分的固液混合物提升至旋流分离器，比重大的固相受到较大离心力作用被甩向旋流器管壁，酸液中的固体相从底流口排出。装置包括酸洗槽(1)、粗分过滤器(2)、离心泵(3)、旋流分离器(4)、换热器(5)。本发明的固液分离效率高，压力损失小。使用组合固液分离设备后，可减小换热器部件的磨损，延长换热器使用寿命。旋流设备结构设计紧凑合理，占地面积小，无反冲洗部件，运行费用低。

Description

一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法及装置

技术领域

本发明属于固/液分离技术领域，涉及酸洗钢管生产过程中产生的铁屑等固体颗粒的脱除方法。更具体地说，涉及一种含有固体颗粒的酸洗液的脱固方法。本发明还涉及一种冷轧冷拔钢管酸洗液的脱固装置。

背景技术

钢管表面的氧化皮通常是在冷拔冷轧、锻压或铸造过程中产生。氧化皮是金属的氧化膜，也就是钢管表面金属被氧化后形成的薄层。氧化皮的组成、结构和厚度决定于它的生成条件，如金属受热温度、受热时间和受热时所处的气氛不同，产生的氧化皮性能不同。通常钢管表面生成的氧化皮主要为：①最外层的三氧化二铁，较薄，但含氧比例最高；②中间层是磁性四氧化三铁，较厚；③靠近钢基体的是含铁量最高的氧化铁。钢铁业大多数使用酸洗工艺来去除氧化皮，其作用机理是借助酸与氧化皮或铁鳞、锈层的化学反应使其溶解来除去，同时酸与基体金属及其氧化物发生电化学反应。氧化皮表面有许多孔洞和裂纹，生成的氢气在析出过程中对氧化皮或锈层产生机械剥离作用，使其脱离金属表面。

国内的钢管酸洗车间，基本采用的是槽式酸洗，酸洗液中存在着大量的铁鳞和铁屑颗粒。当酸洗槽内的铁离子浓度达到一定峰值后，槽内的酸液连同铁鳞和铁屑颗粒全部排放。这样大大浪费了酸液，并且也达不到环保排放要求。

基于上述存在的问题，新酸洗工艺条件提出了酸洗液和铁鳞、铁屑颗粒进行分离的要求。当这些固体物质被及时分离后，可减少其与稀硫酸的反应，抑制过多铁离子的生成，延长酸洗液的寿命，减少排放量。钢管酸洗在50℃左右效果最佳，酸洗槽中的液体反应中不断向外界散发热量，致使温度下降，故通过换热器来加热液体。含有大量固体颗粒的酸洗液会严重磨损换热器内换热元件。

现常用的固体颗粒与液体的分离方法有两种。一是沉淀法，即让固体颗粒在自身重力的作用下沉降。由于沉降液体的体积不变，那么通过某一个控制面向下的流动通量等于液体向上的流动通量，液体向上流动。但是这种沉降速度慢，且一些较小的颗粒需要添加絮凝剂才能沉淀下来，沉淀池占地面积大，处理效率低。二是过滤法，即选用陶瓷过滤器或磁性过滤器。当选用抗腐蚀的陶瓷过滤器时，由于酸洗液中固体颗粒含量高，粒径分布范围广，陶瓷过滤器易发生堵塞，堵塞后压降大，能耗高。且陶瓷过滤器还需设置反冲洗装置(包括水冲洗、化学清洗以及超声波清洗等)冲击过滤板表面的微孔和缝隙，清除过滤物颗粒。由于经常更换陶瓷滤芯和配置反冲洗装置，费用较高；当选用磁性过滤器时，其原理是通过自身的填充物得电，使填充物产生磁性和磁场作用，从而吸附过滤液中的铁粉等杂质，然后在消除磁性(失电)的状态下对填充物进行冲洗，将吸附的杂质去除，这种过程产生较大的能源消耗。并且氧化皮还包括Cr、Mo等金属氧化物，这些非铁磁性物质若采用磁性过滤器是无法去除的。

中国专利201110170630.X公布了一种不锈钢冷轧废酸净化系统。该专利主要阐明对混酸酸洗产生的废酸进行树脂吸附，去掉可溶性金属离子，自由酸重新循环利用。虽然废酸在处理过程中通过了过滤单元，但是酸洗液中固体颗粒的粒径分布范围广，仍有小部分固体颗粒会随着废酸一起进入净化系统，导致吸附树脂的生产能力下降，缩短装置的运转周期。该发明中没有解决细小固体颗粒的净化问题。

由于现有技术存在的上述问题，故至今为止尚未解决冷拔冷轧钢管酸洗液科学净化处理问题，远不能满足工业生产的需要。因此本领域迫切需要开发成本低且效果好的酸洗液脱固的处理方法和装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱固的方法。

本发明的另一个目的提供了一种结构简单、投资少、能耗低的酸洗液旋流脱固的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法，采用以下步骤：

(a)在酸洗槽中对冷拔冷轧钢管进行酸洗，钢管表面附着的氧化皮脱落。40℃～70℃，对含有铁屑的ph＝2～5酸洗液进行粗过滤，脱除粒径大于3mm的铁屑等固态颗粒物质，得到第一步处理的固液混合物；

(b)上述步骤中得到的固液混合物，其混合物中的固相包括片状和圆形的铁屑颗粒。在耐酸泵作用下，将粗分的固液混合物提升至旋流分离器。固液混合物沿切线方向进入旋流器进料腔，随着流道截面的改变，旋流速度增加，分离器内部形成一个稳定的离心力场，比重大的固相受到较大离心力作用被甩向旋流器管壁，酸液中的固体相从底流口排出。另外，得到固含量小于200mg/L的清液，通过清液管线经换热器后再返回酸洗槽内循环使用。

作为优选的实施方式，粗过滤采用筒式过滤、袋式过滤或筛网式过滤分离固体颗粒。

作为优选的实施方式，粗过滤后，固液混合物中的铁屑颗粒含量为3000-12000mg/L，粒径为2-3000微米。

作为优选的实施方式，旋风分离后，固液混合物中的铁屑的固含量小于200mg/L。

一种冷拔冷轧酸洗液脱除固体用装置，包括：

用于钢管与稀硫酸反应，脱除氧化皮的酸洗槽，

与酸洗槽连接的粗分过滤器，截留酸洗液中的大粒径固体颗粒，

耐酸离心泵，

经耐酸离心泵与粗分过滤器连接的旋流分离器，对粗过滤的酸洗液进一步进行铁屑分离，

加热分离出清液的换热器，清液再返回到酸洗槽。

冷轧冷拔钢管在酸洗槽中与稀硫酸反应，部分氧化皮生成硫酸盐，其余氧化皮在氢气的作用下剥落，大部分固体颗粒沉积在酸洗槽的底部。开启耐酸泵，酸洗槽中固液混合物通过槽侧面管口先进入粗分过滤器，大粒径固相颗粒被截留。经过过滤器处理后的固液混合物，进入旋流分离器进行分离。旋流分离过程通过旋流分离器使流体旋转，旋转流动产生的离心力场将固相颗粒从酸洗液中分离出来，实现铁屑脱除的过程。分离出的清液在经过换热器后重新返回到酸洗槽和稀硫酸进行混合，参加钢管的酸洗过程。

作为优选的实施方式，所述的粗分过滤器为筒式过滤器，袋式过滤器或筛网式过滤分离器。

作为优选的实施方式，所述的旋流分离器为单旋流分离器或多旋流芯管组合的旋流分离器，采用立装或斜装。

作为优选的实施方式，进入旋流分离器的酸洗液的速度为7～13m/s。

作为优选的实施方式，旋流分离器的入口与清液出口之间的压力降不小于0.15MPa。

与现有技术相比，本发明的分离效率高，压力损失小。旋流设备结构设计紧凑合理，占地面积小，无反冲洗部件，运行费用低。

附图说明

图1为本装置的结构示意图。

图中，1为酸洗槽、2为粗分过滤器、3为离心泵、4为旋风分离器、5为换热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

大部分酸洗工艺生产线中，酸洗槽内固体颗粒含量较高，如果固体颗粒长时间停留于酸洗槽中，铁的氧化物与稀硫酸反应生成硫酸盐等，而硫酸盐以离子形式存在。酸洗液功效的一项重要检测指标就是铁离子浓度，当铁离子浓度达到一定峰值时，酸洗液失效，需把全部的酸洗液排放，重新加入稀硫酸进行生产。

酸洗过程中产生的大量氢气使钢管表面的氧化皮爆裂疏松，对钢管表面的氧化皮产生机械剥离作用。为了充分使酸洗槽中的固体颗粒排出，提高铁屑的去除率，排放酸洗液的管线安置于槽的底部，使酸液可以顺利排出。

重力沉降方法使被分离固液混合物通过沉降罐，颗粒物落入底部收集槽。占地面积大，沉降效率不高，对于悬浮液中的细颗粒，效果不明显。陶瓷过滤器过滤中滤渣层逐渐增厚，液体通过滤渣层的阻力不断增高。由于超声波装置采用插入式，整个装置由于长时间浸泡在酸液中，而酸液中含有大量的腐蚀性物质，导致超声波装置容易受到腐蚀和破坏，使得运行维护成本提高。磁性过滤器设置的吸附铁粉的浓度范围低，而酸洗系统氧化铁皮的含量较高且变化范围大，且磁性过滤器的范围一旦设定好，调整起来费时费力。磁性过滤器还无法去除Cr、Mo氧化物等非铁磁性固体颗粒。

本发明的构思时这样的：建立一个酸洗槽、粗分过滤器与旋流分离过程的组合系统。冷轧冷拔钢管在酸洗槽中与稀硫酸反应生成并掉落的氧化皮等进入设置的一个颗粒沉降装置，完成酸洗液中大颗粒固体物的脱除，待沉降进行一定时间后，带有小颗粒的水相在离心泵的抽提作用下，在酸洗槽侧面开口使固液混合物先进入粗分过滤器，分掉大颗粒粒径的固相。在耐酸泵的作用下，抽出部分含量少的固液混合物，进入旋流分离器进行分离。旋流分离过程通过旋流分离器使流体旋转，旋转流动产生的离心力场将固相颗粒从酸洗液中分离出来，实现铁屑脱除的过程。分离出的清液在经过换热器后重新返回到酸洗槽和稀硫酸进行混合，参加钢管的酸洗过程，铁屑等随着底流管排入废酸池。在经过固体颗粒快速脱除步骤后，根据酸洗槽中检出铁离子浓度，将新酸洗液的消耗量控制在较低水平。

在本发明的第一方面，提供了一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱固的方法，它包括：(a)在40℃～70℃，对含有铁屑的酸洗液进行粗过滤，脱除粒径大于3mm的铁屑等固态颗粒物质，得到第一步处理的固液混合物；(b)在耐酸泵作用下，将粗分的固液混合物提升至旋流分离器，脱除酸液中的固体相，得到固含量小于200mg/L的清液，通过清液管线返回酸洗槽内循环使用。

冷拔冷轧钢管酸洗液脱固的装置，其结构如图1所示，冷轧冷拔钢管在酸洗槽1中与稀硫酸反应，部分氧化皮生成硫酸盐，其余氧化皮在氢气的作用下剥落，大部分固体颗粒沉积在酸洗槽的底部。离心泵3开启，酸洗槽1中固液混合物通过槽侧面管口先进入粗分过滤器2，大粒径固相颗粒被截留。经过过滤器2处理后的固液混合物，进入旋流分离器4进行分离。旋流分离过程通过旋流分离器4使流体旋转，旋转流动产生的离心力场将固相颗粒从酸洗液中分离出来，实现铁屑脱除的过程。分离出的清液在经过换热器5后重新返回到酸洗槽1和稀硫酸进行混合，重新参加钢管的酸洗过程。

使用的粗分过滤器2可以是筒式过滤器，袋式过滤器以及筛网式过滤分离器。旋流分离器4使用的是单旋流分离器或多旋流芯管组合的旋流分离器，采用的安装方式是立装或斜装。旋流分离器4采用的材料为耐酸腐蚀、抗磨损和抗冲击材料。工艺生产条件要求钢管在12％～20％的硫酸溶液中进行酸洗，为了防止酸液对设备的腐蚀，需选用抗腐蚀的非金属材料。另外，旋流分离器4的入口速度为7～13m/s。旋流器的入口速度是影响分离效率的一个重要因素。入口速度越大，固相受到的离心力也越大，两相易于分离，但在大于一定的速度值后，旋流器的能耗也就越大。经过大量试验，适用的酸洗液旋流分离器入口速度为7～13m/s。旋流分离器4在额定流量下，其旋流器进口与清液出口之间的压力降不小于0.15MPa。

在图1中，稀硫酸和钢管在酸洗槽1中进行反应后，开启阀门，带有固体颗粒的酸洗液进入粗分过滤器2中进行过滤，分掉大颗粒直径的铁屑。离心泵3开启，粗分后的混合物经过旋流分离过程通过特殊结构的旋流分离器4使流体旋转，旋转产生的离心力场将固体颗粒从酸洗液中分离出来，实现固液分离过程。分离后的清液通过换热器5后再次进入循环系统，在返回管线上的换热器5能把清液重新进行加热至酸洗适宜温度50℃左右，以保证生产的正常进行，旋流器脱除的固体残渣进入废酸池，待中和反应后实现无害排放。

在某大型精密钢管生产企业酸洗车间，一个30m³/h规模的冷拔冷轧酸洗液脱固的装置中，设置了一套如图所示的脱固装置。其具体运作过程及效果描述如下：

工艺生产线中，设置三套酸洗槽，每套酸洗槽的容量为18m³，酸洗槽内酸洗液在常压下运行，通过阀门的切换，三套酸洗槽中的酸洗液分别进入旋流分离器内进行分离。在酸洗过程中，需要对酸洗下来的氧化皮、锈层等进行分离。含固酸洗液先进入简式分离器进行分离，大颗粒被截留。通过离心泵后，使含少量固体的酸洗液进入旋流分离器。旋流器将酸洗液分成固相和液相两部分。液相出口与进口之间的压力降不小于0.15MPa，固相为进口流量的0.5％～10％。该装置在固相含量为14000ppm，经过分离后清液含固浓度为200ppm，分离效率达到97％以上。

由上可见：采用本发明的方法，完全可以取代精密钢管酸洗车间现有的酸洗液脱固流程，而且可提高酸洗液的使用寿命，同时还解决了环保问题。该工艺的实施，大大提高了资源利用率。

Claims (4)

1.一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(a)在40℃～70℃，对含有铁屑的酸洗液进行粗过滤，脱除粒径大于3mm的铁屑等固态颗粒物质，得到第一步处理的固液混合物；

(b)在耐酸泵作用下，将粗分的固液混合物提升至旋流分离器，脱除酸液中的固体相，得到固含量小于200mg/L的清液，通过清液管线返回酸洗槽内循环使用。

2.根据权利要求1所述的一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法，其特征在于，粗过滤采用筒式过滤、袋式过滤或筛网式过滤分离固体颗粒。

3.根据权利要求2所述的一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法，其特征在于，粗过滤后，固液混合物中的铁屑颗粒含量为3000-12000mg/L，粒径为2-3000微米。

4.根据权利要求1所述的一种冷拔冷轧钢管酸洗液脱除固体的方法，其特征在于，旋流分离后，固液混合物中的铁屑的固含量小于200mg/L。