CN112064043A - 一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器，所述方法包括，将铁铬铝盘条置入温度为≥120℃的含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液中，使所述铁铬铝盘条表面氧化膜与所述碱溶液进行反应；所述氢氧化钠的质量浓度≥760g/L，所述硝酸盐的质量浓度≥220g/L；对所述反应后的铁铬铝盘条酸洗，以去除所述铁铬铝盘条表面氧化膜。采用本发明的方法可以使加热容器的使用寿命从传统的0.5‑1年延长到至少3年，同时还降低了电耗成本，解决了传统呛碱工艺产生碱雾所造成的腐蚀问题。

Description

一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器

技术领域

本发明属于铁铬铝合金盘条生产技术领域，尤其涉及一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器。

背景技术

铁铬铝合金在高温热轧过程中其表面会形成致密的氧化膜，且结构较为复杂，其与基体附着力较强，从而影响表面质量，在进行后续处理时，必须将其表面致密的氧化层去除，否则氧化膜在冷拉丝过程中会压入表面，影响产品表面质量、产生断裂、增加模耗量等不利影响。

目前的去除铁铬铝氧化膜的方法为熔融型呛碱，熔融呛碱是以氢氧化钠为主要成分，加入硝酸钠并加热至500℃以上使之成为熔融物，当铁铬铝合金浸入其中，发生化学反应，导致氧化膜成分变质、结构破坏，部分氧化皮脱落成为渣泥沉入槽底，另一部分可溶的铬酸盐在淬水时被蒸汽和水洗去，残留的亚铬酸盐和氧化物，则在随后的酸洗中去除。

熔融型呛碱工艺对去除铁铬铝合金氧化膜，需要温度较高，在500℃以上，因此，其对加热容器的工作层损害腐蚀严重，寿命短，且电耗较大，成本高。

发明内容

本发明涉及一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器，以解决现有技术中，熔融型呛碱工艺去除铁铬铝合金氧化膜中，加热温度高，导致加热容器损害腐蚀严重，寿命短的技术问题。

一方面，本发明提供了一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，所述方法包括，

将铁铬铝盘条置入温度为≥120℃的含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液中，使所述铁铬铝盘条表面氧化膜与所述碱溶液进行反应；所述氢氧化钠的质量浓度≥760g/L，所述硝酸盐的质量浓度≥220g/L；

对所述反应后的铁铬铝盘条酸洗，以去除所述铁铬铝盘条表面氧化膜。

进一步地，所述碱溶液的温度为120-130℃。

进一步地，所述氢氧化钠的质量浓度为760-800g/L，所述硝酸盐的质量浓度为220-240g/L。

进一步地，所述反应时间为3-4h。

进一步地，所述碱溶液中还包括硫酸盐，所述硫酸盐的质量浓度为40-60g/L。

进一步地，所述酸洗温度为50-60℃，所述酸洗时间为20-35min。

进一步地，所述酸洗在酸液中进行，所述酸液为质量浓度为13-25％的硫酸溶液。

进一步地，所述铁铬铝盘条表面氧化膜的厚度为7-14μm。

第二方面，本发明还提供了一种加热容器，适用于上述的去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，所述加热容器用于储存含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液，所述加热容器包括从里到外依次设置的工作层、与电源连通的加热丝和保温外壳，所述工作层与所述碱溶液接触。

进一步地，所述加热容器还包括设置于所述工作层上的盘条架、热电偶和设置于所述加热容器底部的蒸汽加热器。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供了一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器，将盘条浸入碱溶液中，盘条的氧化膜中的Cr₂O₃和Al₂O₃在碱溶液中的氢氧化钠和硝酸盐产生一系列化学反应，生成可溶于酸的亚铬酸盐和易溶于水的铝酸钠，使氧化膜的结构破坏，同时体积膨胀、龟裂、起泡，从而使氧化膜变得疏松，在随后的酸洗中去除。碱溶液的温度低于传统呛碱工艺中熔融碱液500-650℃的温度，因此，其对加热容器的腐蚀作用较弱，在保证氧化膜去除效果的前提下，而延长了加热容器的使用寿命。这种方法可以使加热容器的使用寿命从传统的0.5-1年延长到至少3年，同时还降低了电耗成本，解决了传统呛碱工艺产生碱雾所造成的腐蚀问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种加热容器的结构示意图；

图1中，1-盘条架、2-加热丝2，3-保温外壳，4-蒸汽加热器4，5-工作层，6-热电偶。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，所述方法包括，

S1，将铁铬铝盘条置入温度为≥120℃的含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液中，使所述铁铬铝盘条表面氧化膜与所述碱溶液进行反应；所述氢氧化钠的质量浓度≥760g/L，所述硝酸盐的质量浓度≥220g/L；

S2，对所述反应后的铁铬铝盘条酸洗，以去除所述铁铬铝盘条表面氧化膜。

铁铬铝盘条表面氧化膜的主要成分是Cr₂O₃和Al₂O₃，将盘条浸入碱溶液中，氧化膜中的Cr₂O₃和Al₂O₃在碱溶液中产生一系列化学反应，导致成分变质、结构破坏，同时体积膨胀、龟裂、起泡，从而使氧化膜变得疏松，生成可溶性的铬酸盐和铝酸盐，在随后的酸洗中去除。其氧化膜中的Cr₂O₃和Al₂O₃与碱溶液间反应的化学方程式如下：

(1)Al₂O₃、Cr₂O₃与NaOH反生成铝酸盐和亚铬酸盐

Cr₂O₃+2NaOH＝2NaCrO₂+H₂O

Al₂O₃+2NaOH＝2NaAl₂O₃+H₂O

其中，生成的铝酸钠易溶于水，但亚铬酸盐不溶于水。

(2)NaCrO₂被NaNO₃迅速氧化成可溶于水的Na₂CrO₄，同时将低价铁的氧化物转化为高价铁的氧化物，使尖晶石的结构和成分发生变化，易于去除，其反应方程式为

2NaCrO₂+3NaNO₃+2NaOH＝2Na₂CrO₄+3NaNO₂+H₂O

2FeO+NaNO₃＝Fe₂O₃+NaNO₂

2Fe₃O₄+NaNO₃＝3Fe₂O₃+NaNO₂

2FeO·Cr₂O₃+NaNO₃＝Fe₂O₃+2Cr₂O₃+NaNO₂

通过上述(1)和(2)的反应，将氧化膜中的Cr₂O₃通过NaOH和NaNO₃间的化学反应生成可溶于酸的亚铬酸盐，解决Cr₂O₃不溶于酸的问题；将氧化膜中的Al₂O₃氧化成易溶于水的铝酸钠。

传统的呛碱工艺，温度500-650℃，氢氧化钠消耗量大，淬水时产生大量碱雾，存在污染环境的问题。本发明实施例使用温度较低的碱溶液，可以用退火后铁铬铝盘条直接进入碱溶液中即可使碱溶液借着铁铬铝盘条余温达到温度，从而达到疏松氧化膜的目的，无需进行淬水处理，几乎不会挥发，没有传统处理下的碱雾，有利于改善现场工作环境，对操作人员没有任何刺激且降低了操作人员烫伤危险；并且在该温度下碱溶液对加热容器的腐蚀作用非常微弱，降低了加热容器的更换频率，提高了使用寿命，降低了设备成本，加热温度低，节约了加热电耗。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述碱溶液的温度为120-130℃。

将碱溶液加热至上述温度，可以加快氧化膜与碱溶液之间的反应速率，由于是碱溶液因此，其温度也不会达到熔融盐去除氧化膜那么高的温度。作为本发明实施例的一种实施方式，所述氢氧化钠的质量浓度为760-800g/L，所述硝酸盐的质量浓度为220-240g/L。本发明实施例中硝酸盐包括但不限于硝酸钠。

根据氢氧化钠溶解度和硝酸钠溶解度，氢氧化钠的浓度过高，会产生过饱和溶液，出现盘条挂碱现象。氢氧化钠的浓度过低对疏松氧化膜效果不佳，同时会延长浸泡时间以及表面氧化皮去除效果不好。溶液中的硝酸盐是一种强氧化剂，硝酸盐的作用是促进氢氧化钠的分解，且随着硝酸盐含量的增加，分解加快，但如果硝酸盐含量过高，氢氧化钠分解太快，消耗量增大，碱浸效果也不好。因此溶液中氢氧化钠含量和硝酸盐含量必须按量加入，否则消耗量大，盘条表面也达不到工艺要求。作为本发明实施例的一种实施方式，所述反应时间为3-4h。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述碱溶液中还包括硫酸盐，所述硫酸盐的质量浓度为40-80g/L。

在碱溶液中加入硫酸盐，SO4^2-可以扩大钝化区，在钝化膜上吸附，增加反应阻力，降低表面电流密度，由于SO4^2-的存在，从而降低了表面电流密度，进一步的减缓对加热容器的腐蚀速率，从而延长了加热容器的使用寿命，降低了设备成本。同时硫酸盐还具有活化剂的作用，可降低碱溶液的黏度，在同一温度下减少碱液附着量，从而减少消耗。

在本发明实施例中，硫酸盐可以选用但不限于硫酸钠。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述酸洗温度为50-60℃，所述酸洗时间为20-35min。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述酸洗在酸液中进行，所述酸液为质量浓度为13-25％的硫酸溶液。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述铁铬铝盘条表面氧化膜的厚度为7-14μm。

第二方面，本发明实施例提供了一种加热容器，适用于上述的去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，该加热容器用于储存含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液，

所述加热容器包括从里到外依次设置的工作层5、与电源连通的加热丝2和保温外壳3，所述工作层5与所述碱溶液接触。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述加热容器还包括设置于所述工作层上的盘条架1、热电偶6和设置于所述加热容器底部的蒸汽加热器4。

在加热容器的端部放入加热炉丝，以保证其溶液表面不产生结晶，同时在容器底端设置蒸汽加热器，在保证其达到加热温度的同时，达到使碱溶液均匀搅拌的效果。采用这种加热容器盛装碱溶液，对盘条碱洗后再进行酸洗，氧化膜去除更加均匀，由于采用本发明的方法去除氧化膜，不会产生碱雾，也无需在加热容器上部加设盖子，对碱洗效果也没有影响。原来的加热容器较小，只能放入一批盘条，生产效率较低，对加热容器改装后，加大了碱槽的尺寸，可以同时放入多批料，大大提高了生产效率。

设置热电偶可以检测碱溶液的温度。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法和加热容器进行详细说明。

实施例1

第一步，将退火处理后的直径为5.0mm的铁铬铝盘条置入120℃的碱溶液中反应3h，在碱溶液中，氢氧化钠的质量浓度为780g/L，硝酸钠的质量浓度为230g/L，硫酸钠的质量浓度为70g/L；其中铁铬铝盘条的氧化膜厚度为5-14μm，铁铬铝盘条的化学成分为：Cr：14％，Al：4％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二步，将反应后的铁铬铝盘条置入55℃的酸液中酸洗25min，其中，酸液为硫酸溶液，硫酸的质量浓度为15％。

实施例2

第一步，将退火处理后的直径为8.0mm的铁铬铝盘条置入125℃的碱溶液中反应3h，在碱溶液中，氢氧化钠的质量浓度为770g/L，硝酸钠的质量浓度为220g/L，硫酸钠的质量浓度为65g/L；其中铁铬铝盘条的氧化膜厚度为6-11μm，铁铬铝盘条的化学成分为：Cr：20-25％，Al：4-6％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二步，将反应后的铁铬铝盘条置入65℃的酸液中酸洗20min，其中，酸液为硫酸溶液，硫酸的质量浓度为17％。

实施例3

第一步，将退火处理后的直径为11.0mm的铁铬铝盘条置入130℃的碱溶液中反应3h，在碱溶液中，氢氧化钠的质量浓度为790g/L，硝酸钠的质量浓度为235g/L，硫酸钠的质量浓度为60g/L；其中铁铬铝盘条的氧化膜厚度为10-14μm，铁铬铝盘条的化学成分为：Cr：17％，Al：6％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二步，将反应后的铁铬铝盘条置入70℃的酸液中酸洗15min，其中，酸液为硫酸溶液，硫酸的质量浓度为23％。

对比例1

对比例1提供了一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，具体如下：

第一步，将退火处理后的直径为4.0mm的铁铬铝盘条置入500-650℃的熔融碱中反应2min，熔融碱为氢氧化钠和硝酸钠的混合物；其中铁铬铝盘条的氧化膜厚度为7-14μm，铁铬铝盘条的化学成分为：Cr：18％，Al：4％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二步，将反应后的铁铬铝盘条进行淬水10min，水的温度为25℃。

第三部，将淬水后的铁铬铝盘条置入55℃的酸液中酸洗30-40min，其中，酸液为硫酸溶液，硫酸的质量浓度为23％。

将实施例1-3，对比例1处理的盘条进行观察，并统计所用加热器的使用寿命和电耗，结果如表1所示。

表1

编号	氧化膜去除情况	加热容器使用寿命，年	电耗，元/吨
				实施例1	完全去除	3	55
实施例2	完全去除	3.5	60
				实施例3	完全去除	4	70
对比例1	完全去除	0.5-1	115

本发明提供了一种铁铬铝盘条表面氧化膜的去除方法和加热容器，与现有的呛碱工艺相比，具有如下优点：

(1)呛碱工艺所用原料为熔融态的氢氧化钠和硝酸钠，其处理后需要经过淬水，在此过程中会产生大量的碱雾，碱雾对人体皮肤有很强的刺激作用，影响身体健康，对工作场所的仪器有很强烈的腐蚀作用，对环境有较大的污染。本发明的方法无需淬水处理，工艺简单，且无碱雾，避免对人体和环境造成伤害。

(2)解决了呛碱工艺所用原料对加热容器腐蚀严重的问题，延长了加热容器的使用寿命，降低了设备成本。

(3)解决了呛碱工艺中，铁铬铝盘条表面的“挂碱”现象造成的生产中断问题。

(4)铁铬铝盘条表面的氧化膜去除干净，无残留。

(5)降低酸洗溶液的浓度。

(6)因为碱溶液温度较低，加热容器可以设计的比传统呛碱工艺的加热容器大，可以一次性放多批量盘条，提高生产效率。

(7)与传统呛碱工艺相比，本发明实施例的方法去除盘条表面的氧化膜后，基体表面略粗糙，有利于接下来拉拔时润滑剂的涂层，利于拉拔工序得到优质的盘条。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述方法包括，

将铁铬铝盘条置入温度为≥120℃的含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液中，使所述铁铬铝盘条表面氧化膜与所述碱溶液进行反应；所述氢氧化钠的质量浓度≥760g/L，所述硝酸盐的质量浓度≥220g/L；

对所述反应后的铁铬铝盘条酸洗，以去除所述铁铬铝盘条表面氧化膜。

2.根据权利要求1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述碱溶液的温度为120-130℃。

3.根据权利要求1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述氢氧化钠的质量浓度为760-800g/L，所述硝酸盐的质量浓度为220-240g/L。

4.根据权利要求1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述反应时间为3-4h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述碱溶液中还包括硫酸盐，所述硫酸盐的质量浓度为40-60g/L。

6.根据权利要1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述酸洗温度为50-60℃，所述酸洗时间为20-35min。

7.根据权利要1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述酸洗在酸液中进行，所述酸液为质量浓度为13-25％的硫酸溶液。

8.根据权利要1所述的一种去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，其特征在于，所述铁铬铝盘条表面氧化膜的厚度为7-14μm。

9.一种加热容器，适用于权利要求1-8任一项所述的去除铁铬铝盘条表面氧化膜的方法，所述加热容器用于储存含有氢氧化钠和硝酸盐的碱溶液，其特征在于，所述加热容器包括从里到外依次设置的工作层、与电源连通的加热丝和保温外壳，所述工作层与所述碱溶液接触。

10.根据权利要求9所述的一种加热容器，其特征在于，所述加热容器还包括设置于所述工作层上的盘条架、热电偶和设置于所述加热容器底部的蒸汽加热器。

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