CN113897661B - 一种盘条钢丝酸洗装置及其酸洗控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘条钢丝酸洗装置，包括槽体、超声清洗阵列和惰性电极阵列，超声清洗阵列、惰性电极阵列间隔设置在槽体的相对面内侧，槽体内设置用于清洗盘条钢丝的酸洗液，惰性电极阵列为阴极，盘条钢丝为阳极，阴极上溢出气泡。本发明还公开了一种盘条钢丝的酸洗控制方法，将盘条钢丝放入盐酸质量分数为10％～15％的酸洗液里，通入低压直流周期性电源；使用超声清洗阵列对盘条钢丝进行轰击；用高压水冲洗盘条钢丝，得到表面粗糙度为Ra0.8～1.6μm的盘条钢丝。本发明能够延长酸洗槽液的使用寿命，避免吸氢腐蚀，钢丝盘条表面质量可控，能够减少酸的使用和挥发；能够降低反应剧烈程度，盘条钢丝表面粗糙度及粗糙度差异比较小。
Description
技术领域
本发明涉及酸洗装置及控制方法，具体为一种盘条钢丝酸洗装置及其酸洗控制方法。
背景技术
现有的酸洗装置，大多数是通过酸液直接进行酸洗。申请号为201710204068.5的中国专利公开了一种在线钢管表面除锈工艺，将需要除锈的钢管直接输送入在线酸洗槽，钢管在钢管压下导辊的引导下通过酸洗液在线酸洗，钢管通过酸洗液的同时对钢管进行直流电解使钢管表面产生大量的气泡，最后碱中和。但是，它不适用于盘条钢丝等较大物品的酸洗处理，并且气泡产生在待酸洗物质表面，金属与酸液产生化学反应时，在特定情况下氢原子会顺着金属晶粒边界进入晶体内部在有内部缺陷的地方聚集或者直接在晶粒边界处聚集，这样会导致金属在机械加工或服役状况下过早失效。
传统盘圆酸洗主要是采用浸泡式方法，主要会使用到质量分数25％以上的高浓度的盐酸，兑一定比例的缓释剂；同时也因为大量氢气气泡直接在盘条表面直接生产，无法消除氢脆的风险。另外，由于盘圆金属材料碳含量的不同，低碳钢需要的酸洗时间较长，高碳钢(如轴承钢)即使在标准配置的溶液中也会发生比较剧烈的反应，存在过酸洗的风险。传统酸洗由于是化学接触反应，各接触部分状态差异较大，导致有些地方会过腐蚀形成表面凹坑，这样会导致盘条表面粗糙度较大。
当溶液中正二价亚铁离子达到一定浓度的时候，即使溶液中氢离子浓度很高也要进行换槽，此时溶液中酸的浓度仍高于10％，造成了不小的浪费。由于气候原因，往往冬季需要维持槽液一定温度来保持槽液活性，夏季由于反应放热导致温度升高酸雾挥发。这些安全、环保和质量问题一直是制约钢丝制品生产企业的一个很大的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种减少换槽频率、酸洗效果好的盘条钢丝酸洗装置，本发明的另一目的是提供一种表面质量粗糙度区间指标完全可控的盘条钢丝的酸洗控制方法。
技术方案：本发明所述的一种盘条钢丝酸洗装置，包括槽体、超声清洗阵列和惰性电极阵列，超声清洗阵列、惰性电极阵列间隔设置在槽体的相对面内侧，槽体内设置用于清洗盘条钢丝的酸洗液，惰性电极阵列为阴极，盘条钢丝为阳极，阴极上溢出气泡。
进一步地，惰性电极阵列设置包括若干互相平行的惰性电极板，每个惰性电极板的倾斜角为30～45°，微气泡在极板上聚集的时间最长，当脱离极板后形成的的气泡最大，聚起来气泡的浮力会比较大，更容易排出；长度为1.2～2.0米，宽度为0.1～0.15米，高度与盘条钢丝的高度相同。惰性电极板的材质是铅板，表面涂镀氧化钇镀层。惰性电极阵列的长度小于槽体长度一半。
进一步地，超声清洗阵列的相对面、相邻位置均设置惰性电极阵列。超声清洗阵列包括若干均匀分布的单体圆形超声波发生器，单体圆形超声波发生器的间隔大于单体超声波发生器直径，保证超声波能力密度的均匀性，还可以防止距离过近相互干涉造成能力损失。
进一步地，酸洗液包括以下质量百分数的物质：10％～15％盐酸，5～12.5％FeCl2。通过直接降低盐酸溶液初始浓度，来解决挥发的问题；可以降低原始反应剧烈程度，通过外接直流电源的形式又可以在较低浓度酸液环境下加快化学反应。FeCl2在40℃的溶液中溶解度上限为150克左右，此时溶液刚好达到饱和状态，需要通过换槽的形式降低溶液浓度。如果没有外部能量的输入化学反应处于平衡状态，所以溶液就无法再与金属盘圆反应。通过外接直流电源的形式，有电子源源不断的输入，又可以继续促进化学反应向右进行，同时，由于溶液过饱和则会有晶体析出，反之同温况下则不能从过饱和状态到不饱和状态。
一种盘条钢丝的酸洗控制方法，包括以下步骤：
(a)将盘条钢丝放入盐酸质量分数为10％～15％的酸洗液里，通入低压直流周期性电源，使连接盘条钢丝的电极做阳极，惰性电极阵列作为阴极；
(b)使用超声清洗阵列对盘条钢丝进行轰击，使盘条钢丝氧化皮加速脱落；
(c)断电并使用高压水冲洗盘条钢丝，得到表面粗糙度为Ra0.8～1.6μm的盘条钢丝。
进一步地，低压直流周期性电源的使用电压为20～30V，电流密度为4～8A/dm2。钢丝“氢脆”风险主要产生的原因是金属基体与酸洗溶液接触电化学反应，铁原子失去电子，在没有外接电压的情况下，电子通过金属向内无序转移，在失去电子金属原子附近就近提供自由电子，在金属基体表面高浓度氢离子得到自由电子生产氢气分子，氢气分子累计到一定量后直接产生微气泡向外溢出；在这个过程中由于氢气分子特别小，它不仅仅是向金属基体外部扩散，还会向金属基体内部扩散，在晶界和内部组织缺陷处聚集，通常反应越剧烈，向内扩散的风险也就越大，这就有很大可能造成了“氢脆”。本申请通过钢丝外接低压直流电源的形式，形成电解结构，能够使绝大部分溶液中的氢离子直接在负极惰性电极表面直接得到电子形成氢气分子，同样金属基体端主要的反应就只剩下了金属原子失去电子形成离子溶解到溶液里面的过程了，这样氢原子扩散到金属基体内部的参与程度就变的非常低了，“氢脆”风险明显降低。
进一步地，超声清洗阵列的频率为20～30kHz，功率密度为0.5～1.0W/cm2。通过超声波在盘条钢丝表面用高能气泡去剥离盘圆表面的氧化皮，使整个加工周期更节能更高效。
控制原理：由PLC控制，当料钩到位后触发限位传感器，装置发出到位信号给处理器，处理器发出指令使电源计时器和超声计时器工作，各自按照设置好的时间启动或停止。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、能够延长酸洗槽液的使用寿命，有效避免吸氢腐蚀的风险，钢丝盘条的表面质量可控，并且能够减少酸的使用和酸雾的挥发；
2、通过低浓度的酸液降低化学反应强度，解决挥发的问题，可以降低原始反应剧烈程度，过腐蚀的风险要相对小很多，经过直流电的盘条钢丝电流密度较均匀，所以其表面粗糙度及粗糙度差异比较小；
3、通过超声波在盘条钢丝表面用高能气泡去剥离盘圆表面的氧化皮，使整个加工周期更节能更高效；
4、通过外接直流电源的形式可以在较低浓度酸液环境下加快化学反应，并且形成电解结构，使绝大部分溶液中的氢离子直接在负极惰性电极表面直接得到电子形成氢气分子，这样氢原子扩散到金属基体内部的参与程度就变得非常低，“氢脆”风险显著降低。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明惰性电极阵列的结构示意图；
图4是本发明超声波阵列的结构示意图。
具体实施方式
如图1～2，酸洗装置包括槽体1，槽体1的一个相对面内侧分别设有对称的超声清洗阵列2、惰性电极阵列3，超声清洗阵列2的最相邻的位置设有惰性电极阵列3。槽体1内有用于清洗盘条钢丝4的酸洗液，酸洗液包括10～15wt％的盐酸和5～12.5wt％的FeCl2。惰性电极阵列3为阴极，盘条钢丝4为阳极，阴极上溢出气泡。
如图3，惰性电极阵列3设置包括若干互相平行的惰性电极板31，每个惰性电极板31的倾斜角为30～45°，长度为1.2～2.0米，宽度为0.1～0.15米，高度与盘条钢丝4的高度相同。惰性电极板31的材质是铅板，表面涂镀氧化钇镀层。惰性电极阵列3的长度小于槽体1长度一半。
如图4，超声清洗阵列2包括若干均匀分布的单体圆形超声波发生器21，单体圆形超声波发生器21的间隔大于单体超声波发生器直径。
实施例1
a、将盘条钢丝4(SWRCH 6A材料制成)散落开来，均匀平铺在料勾5上，将直流电源的阳极绑在经打磨光亮的盘条钢丝4的两端，使连接盘条钢丝4的电极做阳极，惰性电极阵列3作为阴极；
b、依靠设备程序将盘条钢丝4投入盐酸质量分数为15wt％的酸洗液里，温度为0℃，FeCl2的质量百分数为12.5wt％，通入低压直流周期性电源，接入电压为30V，电流密度为8A/dm2，超声频率30KHz，功率密度为1.0W/cm2，使用超声清洗阵列2对盘条钢丝4进行轰击，使盘条钢丝4氧化皮加速脱落，超声波装置与电源电流方向见下表1；
c、程序结束后，断电并使用高压水冲洗盘条钢丝4，得到表面粗糙度Ra为1.6μm的盘条钢丝4。
表1超声波开启状况与电源电流方向
| 浸泡时间段/每分钟 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 电压夹持(阳极接盘圆为正) | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 |
| 超声波开启状况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 |
实施例2
表2超声波开启状况与电源电流方向
| 浸泡时间段/每分钟 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 电压夹持(阳极接盘圆为正) | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 |
| 超声波开启状况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 |
a、将盘条钢丝4(SWRCH 35K材料制成)散落开来，均匀平铺在料勾5上，将直流电源的阳极绑在经打磨光亮的盘条钢丝4的两端，使连接盘条钢丝4的电极做阳极，惰性电极阵列3作为阴极；
b、依靠设备程序将盘条钢丝4投入盐酸质量分数为13wt％的酸洗液里，FeCl2的质量百分数为5wt％，通入低压直流周期性电源，接入电压为25V，电流密度为6A/dm2，超声频率25KHz，功率密度为0.9W/cm2，使用超声清洗阵列2对盘条钢丝4进行轰击，使盘条钢丝4氧化皮加速脱落，超声波装置与电源电流方向见上表2；
c、程序结束后，断电并使用高压水冲洗盘条钢丝4，得到表面粗糙度Ra为1.2μm的盘条钢丝4。
实施例3
a、将盘条钢丝4(SCM435材料制成)散落开来，均匀平铺在料勾5上，将直流电源的阳极绑在经打磨光亮的盘条钢丝4的两端，使连接盘条钢丝4的电极做阳极，惰性电极阵列3作为阴极；
b、依靠设备程序将盘条钢丝4投入盐酸质量分数为10wt％的酸洗液里，温度为20℃，温度为10℃，FeCl2的质量百分数为10.0wt％，通入低压直流周期性电源，接入电压为20V，电流密度为4A/dm2，超声频率23KHz，功率密度为0.6W/cm2，使用超声清洗阵列2对盘条钢丝4进行轰击，使盘条钢丝4氧化皮加速脱落，超声波装置与电源电流方向见下表3；
c、程序结束后，断电并使用高压水冲洗盘条钢丝4，得到表面粗糙度Ra为1.0μm的盘条钢丝4。
表3超声波开启状况与电源电流方向
| 浸泡时间段/每分钟 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 电压夹持(阳极接盘圆为正) | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 | 正 |
| 超声波开启状况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 |
实施例4
表4超声波开启状况与电源电流方向
| 浸泡时间段/每分钟 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 电压夹持(阳极接盘圆为正) | 正 | 正 | 负 | 正 | 负 | 正 |
| 超声波开启状况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 |
a、将盘条钢丝4(GCr15材料制成)散落开来，均匀平铺在料勾5上，将直流电源的阳极绑在经打磨光亮的盘条钢丝4的两端，使连接盘条钢丝4的电极做阳极，惰性电极阵列3作为阴极；
b、依靠设备程序将盘条钢丝4投入盐酸质量分数为12wt％的酸洗液里，温度为30℃，FeCl2的质量百分数为7.0wt％，通入低压直流周期性电源，接入电压为22V，电流密度为5A/dm2，超声频率20KHz，功率密度为0.7W/cm2，使用超声清洗阵列2对盘条钢丝4进行轰击，使盘条钢丝4氧化皮加速脱落，超声波装置与电源电流方向见上表4；
c、程序结束后，断电并使用高压水冲洗盘条钢丝4，得到表面粗糙度Ra为0.8μm的盘条钢丝4。
实施例5
a、将盘条钢丝4(GCr15材料制成)散落开来，均匀平铺在料勾5上，将直流电源的阳极绑在经打磨光亮的盘条钢丝4的两端，使连接盘条钢丝4的电极做阳极，惰性电极阵列3作为阴极；
b、依靠设备程序将盘条钢丝4投入盐酸质量分数为15wt％的酸洗液里，温度为0℃，FeCl2的质量百分数为11.5wt％，通入低压直流周期性电源，接入电压为28V，电流密度为7A/dm2，超声频率27KHz，功率密度为0.5W/cm2，使用超声清洗阵列2对盘条钢丝4进行轰击，使盘条钢丝4氧化皮加速脱落，超声波装置与电源电流方向见下表5；
c、程序结束后，断电并使用高压水冲洗盘条钢丝4，得到表面粗糙度Ra为1.0μm的盘条钢丝4。
表5超声波开启状况与电源电流方向
| 浸泡时间段/每分钟 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 电压夹持(阳极接盘圆为正) | 正 | 正 | 负 | 正 | 负 | 正 |
| 超声波开启状况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 |
Claims (7)
1.一种盘条钢丝酸洗装置，其特征在于：包括槽体（1）、超声清洗阵列（2）和惰性电极阵列（3），所述超声清洗阵列（2）、惰性电极阵列（3）间隔设置在槽体（1）的相对面内侧，所述槽体（1）内设置用于清洗盘条钢丝（4）的酸洗液，所述惰性电极阵列（3）为阴极，所述盘条钢丝（4）为阳极，所述阴极上溢出气泡；
所述惰性电极阵列（3）包括若干互相平行的惰性电极板（31），每个惰性电极板（31）的倾斜角为30~45°，长度为1.2~2.0米，宽度为0.1~0.15米，高度与盘条钢丝（4）的高度相同；
所述超声清洗阵列（2）包括若干均匀分布的单体圆形超声波发生器（21），所述单体圆形超声波发生器（21）的间隔大于单体圆形超声波发生器直径；
所述酸洗液包括以下质量百分数的物质：10%~15%盐酸，5%~12.5%FeCl2。
2.根据权利要求1所述的一种盘条钢丝酸洗装置，其特征在于：所述惰性电极板（31）的材质是铅板，表面涂镀氧化钇镀层。
3.根据权利要求1所述的一种盘条钢丝酸洗装置，其特征在于：所述惰性电极阵列（3）的长度小于槽体长度一半。
4.根据权利要求1所述的一种盘条钢丝酸洗装置，其特征在于：所述超声清洗阵列（2）的相对面、相邻位置均设置惰性电极阵列（3）。
5.根据权利要求1所述的一种盘条钢丝酸洗装置的酸洗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）将盘条钢丝（4）放入盐酸质量分数为10%~15%的酸洗液里，通入低压直流周期性电源，使连接盘条钢丝（4）的电极做阳极，惰性电极阵列（3）作为阴极；
（b）使用超声清洗阵列（2）对盘条钢丝（4）进行轰击，使盘条钢丝（4）氧化皮加速脱落；
（c）断电并使用高压水冲洗盘条钢丝（4），得到表面粗糙度为Ra0.8~1.6μm的盘条钢丝（4）。
6.根据权利要求5所述的一种盘条钢丝酸洗装置的酸洗控制方法，其特征在于：所述低压直流周期性电源的使用电压为20~30V，电流密度为4~8A/dm2。
7.根据权利要求5所述的一种盘条钢丝酸洗装置的酸洗控制方法，其特征在于：所述超声清洗阵列（2）的频率为20~30kHz，功率密度为0.5~1.0W/cm2。
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| 碳素钢丝生产中的氧化皮去除;张学辉;;科技资讯(第04期);第76-78页 * |
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