CN204999977U - 钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线包括放线部分、碱洗部分、加热炉部分、水冷部分、热水洗部分及收线部分及水浴部分、超声波磷酸清洗部分和废酸液再生部分，所述的水浴部分位于生产线加热炉部分和水冷部分之间，通过水浴处理完成索氏体组织转变；超声波磷酸清洗部分在水冷部分和热水洗部分之间，通过清洗液及超声波实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮清洗；所述的废酸液再生部分位于超声波磷酸清洗部分的侧边，通过对废酸液的连续式再生处理，实现对废酸洗液的在线再生处理。本实用新型在保证钢丝索氏体化热处理质量的前提下，达到降低耗能、杜绝铅污染、减轻废酸水污染、简化生产工艺、降低生产成本的目的。

Description

钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线

技术领域

本实用新型属于钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线技术领域，尤其涉及一种能够对钢丝进行索氏体化热处理+表面清洗的连续作业线。

背景技术

目前，已知的对钢丝进行索氏体化热处理的设备主要由一个盛满500-580℃熔融铅液的铅锅及其附属的加热管、冷却器、电控设备等构成。当经过奥氏体化加热到900℃左右的钢丝进入铅锅内的铅液中，钢丝迅速被冷却至与铅液相同的温度。由于铅锅有一定的长度，这样钢丝在铅锅内移动时相当于在500-580℃被保温且在这段时间将使钢丝进行索氏体组织转变，直至钢丝被移出铅锅完成索氏体转变过程。但是这种设备为了维持500-580℃铅液的熔融状态，必须耗费电能进行加热，熔融状态的铅液会形成铅蒸汽污染环境和危害人体健康，也容易给操作人员造成烫伤、烧伤等伤害。

同时，为了提高生产效率，一般热处理后需要对钢丝表面进行连续清洗作业，即构成热处理清洗连续生产线；现有的清洗设备是采用盐酸化学酸洗或电解硫酸酸洗来清洗钢丝表面的氧化皮。其中盐酸化学酸洗又分为冷/热两种方式。这些氧化皮清洗方式/工艺无一例外都会形成酸蒸汽污染，这些污染主要体现在生产环境污染、对设备、厂房的腐蚀危害；同时，对废酸液还要进一步处理，即一般采用加碱中和、沉淀、压滤后生成固体废弃物（集中填埋或专业公司回收处理）和达标废水，这种处理方式使废酸液中的有效酸无法利用，中和沉淀添加的药剂、处理工作等都增加了生产成本。也有采用高温焙烧处理废酸液的设备和工艺，主要原理是将废酸液中的酸根通过高温焙烧和氢结合生成酸气体并通过喷淋吸收生成新酸，此种方式是当前较为先进的废酸液处理工艺，但是存在着投资和运行成本高，适合废酸液处理量大的企业（焙烧炉必须连续运行，不能时开时停，适合年钢铁酸洗量在百万吨以上的企业），而钢丝生产企业的年产量一般都在5万吨以下。

发明内容

本实用新型提出一种钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗连续作业线设备，解决目前钢丝索氏体化热处理清洗设备存在的耗能大、铅、废酸水污染严重及废酸液不能再生利用等不足，在保证钢丝索氏体化热处理质量的前提下，达到降低耗能、杜绝铅污染、减轻废酸水污染、简化生产工艺、降低生产成本的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，包括放线部分、碱洗部分、加热炉部分、水冷部分、热水洗部分及收线部分，其特征是：还包括水浴部分、超声波磷酸清洗部分及废酸液再生部分，所述的水浴部分位于生产线加热炉部分和水冷部分之间，通过水浴处理完成索氏体组织转变；超声波磷酸清洗部分在水冷部分和热水洗部分之间，通过清洗液及超声波实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮清洗；所述的废酸液再生部分位于超声波磷酸清洗部分的下面，通过对废酸液的连续式再生处理，实现对废酸洗液的在线再生处理。

本实用新型所述水浴部分的水浴处理设备包括叠放在下敞口槽上的浅敞口槽，其中浅敞口槽为工作槽，下敞口槽为储液槽，储液槽内的水溶液通过轴流泵泵入工作槽前部，所述工作槽通过隔板分割成数个纵向槽。

本实用新型所述超声波磷酸清洗部分的超声波清洗槽包括上槽体、超声振子盒、进水管路、回流管路以及配套的控制阀和控制电路，上槽体为敞口槽结构，其上设置有超声振子盒、托线辊及压线辊，所述的超声振子盒为多个，排列设置在上槽体内，每个超声振子盒内均设置有多个超声波振子，所述的进水管路通过循环泵与循环池I、II连通，回流管路分别与设置在上槽体下部的溢流槽和循环池I、II连通，即：清洗液从循环池->循环泵->进水管路->上槽体->回流管路再流回循环池形成完整的清洗液循环。

本实用新型所述废酸液再生部分的废酸液再生设备包括循环池I、循环池II、沉淀再生池、板框压滤机，所述的循环池I、循环池II分别与超声波磷酸清洗部分的工作槽和沉淀再生池连通，板框压滤机与沉淀再生池连通。

本实用新型所述的工作槽为可调节结构。

本实用新型在所述的储液槽内设置有蒸汽加热盘管和冷却水盘管。

本实用新型在所述的上槽体由上盖覆盖。

本实用新型具有以下特点：

1）以水代铅，采用添加有聚丙烯酸脂添加剂的水溶液替代目前采用的熔融铅溶液作为淬火介质，主要解决了高耗能和铅蒸气、铅尘污染问题：1）作为索氏体化淬火介质的熔融状态的铅会产生铅蒸气、铅尘挥发、飘散在生产环境产生污染；而本实用新型使用添加了介质的水溶液作为淬火介质，因不使用铅故可完全杜绝铅污染，且介质本身无毒无污染，属于高分子聚合物（其低浓度溶液也用做食品添加剂、水处理药剂），不会随着水的蒸发而蒸发，即没有产生新的污染；

2）本实用新型中使用的水溶液的工艺温度在80-98℃之间，钢丝进行索氏体化淬火处理时一般会将大量的热带入淬火介质，故正常生产时采用本实用新型中的水淬火工艺不需对水溶液进行加热，没有任何能量消耗；而作为淬火介质的铅溶液的温度一般是500-580℃，由于高温带来的辐射散热等原因使钢丝带入的热量不足以维持铅溶液的温度，势必要通过电、天然气等进行辅助加热，如果采用电加热的话一般在30kW以上（用于钢丝连续热处理的一般性设备）；

3）以水溶液为淬火介质的索氏体化装置，针对的是无毒无腐蚀的水溶液，相应的加热、保温、控制、循环泵等仪器、装置的要求较低，投资成本也较低，易于实现低成本的自动化控制；使用熔融铅的索氏体化装置则为了适应500-580℃的工作状态，在加热器、铅液循环泵、槽体、仪器仪表等等方面都有着较高的要求，备品备件的损坏率也较大，投资成本和运行成本较高；

4）采用磷酸溶液作为清洗液，由于磷酸是大分子弱酸，不会产生酸蒸汽等腐蚀性气体，可大大减少酸洗液对车间环境的污染。同时，辅以超声波振子产生的20-40kHz的超声波，实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮的清洗，提高了磷酸酸洗效率。利用超声波的空化、剥离作用和磷酸对氧化皮的溶解、清洗作用的共同作用，有资料表明，超声波的空化、剥离作用提高了磷酸酸洗效率；

5）配套的磷酸再生系统由废液储存坑、循环管路、压滤机、再生成分添加系统等设备/装置组成，通过在废酸液内加入双氧水等再生成分，使废酸液中的磷酸亚铁被氧化成磷酸铁沉淀，该沉淀通过压滤机等过滤设备祛除，废酸液中的磷酸、水等液体成分通过添加磷酸后调整至工艺浓度后重新用于酸洗。实现无液体废水排放。其具体的化学反应公式如下：

2Fe₃(PO₄)₂+3H₂O₂+2H₃PO₄=6FePO₄+6H₂O（1）

公式1是再生反应，主要是将溶液中的亚铁离子氧化成磷酸铁沉淀，再利用物理手段（压滤机过滤）祛除沉淀，达到降低溶液中亚铁离子浓度的目的，使再生、过滤处理后的溶液中的亚铁离子浓度降低到工艺要求，然后再向溶液中添加磷酸，调整磷酸的浓度至酸洗工艺浓度，完成整个再生操作过程。整个再生过程中只产生磷酸铁沉淀固体废弃物，溶液全部回用。其他酸洗方式如非连续式酸洗是在酸洗液的酸洗能力失去后进行废酸液的排放，然后配置新酸洗液；连续式酸洗是在酸洗液的酸洗能力降低到一定程度后边进行废酸液的排放，边配置添加新酸以提升酸洗能力；都会产生大量的酸洗废液，且废液中仍旧含有数量可观的酸成分，但由于酸洗能力已经达不到工艺要求，只能废弃。

采用本实用新型的酸洗设备和工艺路线则只进行固体废弃物的排放，排放量的大大减少，可有效降低环保处理的成本。

附图说明

图1是本实用新型生产线示意图。

图2是本实用新型水浴设备的结构示意图。

图3是本实用新型超声波磷酸清洗设备的结构示意图。

图4-图5是本实用新型磷酸再生设备的示意图和再生工艺流程图。

图中：A、放线部分，B、碱洗部分，C、加热炉部分，D、水浴部分，E、水冷部分，F、超声波磷酸清洗部分，G、热水洗部分，H、收线部分，I、废酸液再生部分。

1、水浴工作槽，2、水浴储液槽，3、纵向槽，4、拦水坝，5、磷酸槽上盖，6、磷酸槽槽体，7、超声振子盒，8、进水管路，9、回流管路，10、循环池I，11、循环池II，12、沉淀再生池,13、板框压滤机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示:本实施例所述的一种钢丝索氏体化热处理设备主要由放线部分A、碱洗部分B、加热炉部分C、水浴部分D、水冷部分E、超声波磷酸清洗部分F、热水洗部分G、收线部分H及废酸液再生部分I组成,其中放线部分A、碱洗部分B、加热炉部分C、水冷部分E、热水洗部分G、收线部分H为常用配套设施，在此不再赘述。水浴部分D、超声波磷酸清洗部分F及废酸液再生部分I的组合应用为本实用新型的关键点。以下分别详细说明。

水浴部分D位于生产线加热炉部分C和水冷部分E之间，包括水浴处理设备和水溶液淬火介质。所述的水溶液淬火介质是在工业纯水中按一定量的体积比添加市售的水浴淬火介质，该介质主要成分是聚丙烯酸脂，其中还添加有微量的防结焦、防腐、防热分解的化合物。该介质为弱碱性，无毒无污染，其低浓度水溶液中鱼可96小时不死。采用水溶液淬火介质替代熔融铅溶液淬火介质主要利用了水遇红热钢丝汽化产生蒸汽膜并形成膜泡包裹住钢丝并使钢丝在一定的冷却速度下冷却实现索氏体化转变，添加的介质主要起到了稳定蒸汽膜泡的作用，故也有采用肥皂水、聚乙烯醇或其他能起到类似作用的化合物的处理方式。水与聚丙烯酸脂的浓度为：水82-94，聚丙烯酸脂为6-18%；工作状态下水溶液温度在60-98℃；本实例中，经奥氏体化加热到900-970℃的直径在3.0-5.5mm的钢丝可以通过水浴处理完成索氏体组织转变。

所述的水浴处理设备为淬火槽，其是在一个5-10m长度的下敞口槽上叠放一高度在10-30cm的浅敞口槽（如图2所示），其中浅敞口槽为工作槽1，下敞口槽为储液槽2，储液槽2内的水溶液通过小功率大流量轴流泵泵入工作槽1前部。工作槽1沿钢丝行进方向被多块隔板平均分割成数个纵向槽3，每个纵向槽3可处理一种规格的钢丝，有几个纵向槽就可同时处理几种不同规格的钢丝；但纵向槽内一般最少容纳三根钢丝，再少则设备加工制作复杂，浪费，过多的品种规格同时处理也不利于生产管理，本实例中工作操分成了四个纵向槽，每个纵向槽内可容纳五根钢丝，即本实施例可同时处理四种不同规格的钢丝共二十根。

工作槽1左右两侧边的槽帮及隔板均高于工作槽前后两侧的拦水坝和槽头，这样，泵入工作槽内的水溶液沿纵向槽象在沟渠中一样前后流动至槽头拦水坝，流入储液槽，实现上、下槽之间的液体循环。本例中，工作槽内前部，即前槽帮距隔板之间为公共区域——可供四个纵向槽公用，即该区域没有被隔板隔开，便于进行出水口的布置；工作槽内公共区域至后槽帮部位被三块焊在底板上的隔板分隔成四个独立的小槽。为适应对不同规格尺寸的钢丝处理，工作槽可设计为可调节结构，因此，工作槽出口方向的槽帮，即拦水坝可沿钢丝运行方向前后移动，移动距离在1-7m范围内调节；拦水坝的前后移动实现了水槽长短的变化，从而使钢丝在水中淬火的长度得到调节，以对应不同规格尺寸的钢丝。工作中，钢丝直线形式压在前后槽帮上沿，由于溶液敞口溢流时溶液液面高于前后槽帮上沿5-30mm，故钢丝以直线形式浸没在溶液中。

影响水浴处理的参数还有水溶液的温度、浓度、液位等参数；温度通过在储液槽适当位置设置热电偶测温送至温控仪表来控制加热和冷却系统的启闭使温度保持在工艺温度，本实例中，加热采用蒸汽盘管加热，冷却采用盘管水冷，两套盘管均布置在储液槽内；浓度通过人工定期添加介质控制，液位通过液位检测元件控制电磁阀、浮球阀来控制。

超声波磷酸清洗部分F位于水冷部分E和热水洗部分G之间，包括清洗液及超声波清洗槽。所述的清洗液为5-20%浓度的磷酸溶液，辅以超声波振子产生的20-40kHz的超声波，利用20-40kHz超声波较好的的空化、剥离作用和磷酸对氧化皮的溶解、清洗的共同作用，实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮的清洗。

所述的超声波清洗槽主要由上盖5、槽体6、超声振子盒7、进水管路8、回流管路9以及配套的控制阀及控制电路组成（如图3所示），其中：进水管路8、回流管路9和管路控制泵阀以及储液用的循环池等构成超声波清洗设备所需的清洗液的循环系统；槽体6为敞口槽结构，作为工作槽起到承载工作液体、固定超声振子盒7、上盖5及托线辊、压线辊等附属装置。超声振子盒7为多个，排列设置在槽体6内的并用螺栓固定在槽体6底部，每个超声振子盒7内均设置有多个超声波振子（其数量和排布方式根据面功率0.4-0.8w/cm²来计算、设计），与配套的电源构成超声波发生系统，通过在工作液中产生一定频率、强度和密度的超声波并作用在钢丝表面，起到剥离、辅助清洗氧化皮的作用。为保证超声波较好的作用于钢丝上，钢丝与超声振子盒7表面的距离为振子产生的超声波波长（λ）的0.5λ、1λ、1.5λ、2λ……。由于超声波会使液体表面产生少量的飞沫、雾气，故磷酸清洗槽整体由磷酸槽上盖5覆盖。为了保证清洗质量，通过采用PLC自动控制系统，对超声振子进行循环启停控制，保证任何时间都有一定数量的振子在工作和休息，循环往复。控制方式为公知技术，采用的PLC为公知产品。所述的进水管路8通过循环泵与循环池I10、II11连通，回流管路9分别与设置在槽体6下部的溢流槽和循环池I10、II11连通，即：清洗液从循环池10、11->循环泵->进水管路8->上槽体8->回流管路9再流回循环池10、11形成完整的清洗液循环。

使用时，钢丝在槽体6内通过，循环泵将5~20%浓度的磷酸溶液从循环池经进水管路8连续泵入槽体6并浸没过钢丝，辅以超声波振子产生的20~40kHz的超声波，利用超声波的空化、剥离作用和磷酸对氧化皮的溶解、清洗作用，实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮的清洗。清洗过程中，磷酸溶液经槽体两头的溢流口流入槽体6下部设置的溢流槽，再经与溢流槽相连的回流管道9回流到储液槽完成液体循环。

废酸液再生部分I位于超声波磷酸清洗部分F的下面，包括废酸液再生及废酸液再生设备，废酸液酸由于磷酸浓度的降低和磷酸亚铁浓度的升高造成洗能力的降低，因此，通过在废酸液内加入双氧水，将废酸液内的磷酸亚铁氧化成磷酸铁，再加入市售絮凝剂（如聚合硫酸铝，聚丙烯酰胺等）使废酸液酸中的磷酸铁絮凝，沉淀后通过物理过滤方式祛除磷酸铁，使废酸液内的二价铁离子浓度（磷酸亚铁）降至工艺范围0-20%，再通过添加市售浓磷酸调整磷酸浓度至5-20%，实现酸液酸洗能力的恢复，从而使废酸液得到再生。

所述的废酸液再生设备包括循环池I10、循环池II11、沉淀再生池12、板框压滤机13，循环池I10、循环池II11及沉淀再生池12（如图4、图5所示），所述的循环池I10、循环池II11分别与超声波磷酸清洗部分F的工作槽1和沉淀再生池12连通，其中，与超声波磷酸清洗部分F的工作槽1通过螺杆泵、管道和阀门连通，与沉淀再生池12通过管道和阀门连通。所述的沉淀再生池12可以是耐腐蚀耐温的槽子，也可以是地上开挖的经过防渗防腐耐温处理的坑洞。具体工作中，循环池I10与超声波清洗槽内的液体进行工作循环时，另一个循环池II11内的液体泵入沉淀再生池12内进行加药、沉淀，再经过板框压滤机13过滤等再生操作，再生完成后，循环池I10和循环池II11交换，循环池II11参与工作循环，对循环池I10内液体进行再生，按照既定的工艺参数时间轮换运行、再生，由此，实现在线连续式废酸洗液再生。

再生基本操作流程为：加药（双氧水、絮凝剂）->曝气沉淀->过滤->检验（酸、铁离子浓度）->加酸->回用，其中过滤出的磷酸铁为固体废弃物，属微废，进行正常处理。整个再生过程没有废酸、废液等液体废弃物产生。

Claims (7)

1.一种钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，包括放线部分（A）、碱洗部分（B）、加热炉部分（C）、水冷部分（E）、热水洗部分（G）及收线部分（H），其特征是：还包括水浴部分（D）、超声波磷酸清洗部分（F）及废酸液再生部分（I），所述的水浴部分（D）位于生产线加热炉部分（C）和水冷部分（E）之间，通过水浴处理完成索氏体组织转变；超声波磷酸清洗部分（F）在水冷部分（E）和热水洗部分（G）之间，通过清洗液及超声波实现对钢丝热处理后表面产生的氧化皮清洗；所述的废酸液再生部分（I）位于超声波磷酸清洗部分（F）的下面，通过对废酸液的连续式再生处理，实现对废酸洗液的在线再生处理。

2.根据权利要求1所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：所述水浴部分（D）的水浴处理设备包括叠放在下敞口槽上的浅敞口槽，其中浅敞口槽为工作槽（1），下敞口槽为储液槽（2），储液槽（2）内的水溶液通过轴流泵泵入工作槽（1）前部，所述工作槽通过隔板分割成数个纵向槽（3）。

3.根据权利要求1所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：所述超声波磷酸清洗部分（F）的超声波清洗槽包括上槽体（6）、超声振子盒（7）、进水管路（8）、回流管路（9）以及配套的控制阀和控制电路，上槽体为敞口槽结构，其上设置有超声振子盒、托线辊及压线辊，所述的超声振子盒为多个，排列设置在上槽体内，每个超声振子盒内均设置有多个超声波振子，所述的进水管路（8）通过循环泵与循环池I（10）、II（11）连通，回流管路（9）分别与设置在上槽体（6）下部的溢流槽和循环池I（10）、II（11）连通，即：清洗液从循环池（10、11）->循环泵->进水管路（8）->上槽体（6）->回流管路（9）再流回循环池（10、11）形成完整的清洗液循环。

4.根据权利要求1所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：所述废酸液再生部分（I）的废酸液再生设备包括循环池I（10）、循环池II（11）、沉淀再生池（12）、板框压滤机（13），所述的循环池I、循环池II分别与超声波磷酸清洗部分（F）的工作槽和沉淀再生池连通，板框压滤机（13）与沉淀再生池（12）连通。

5.根据权利要求2所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：所述的工作槽（1）为可调节结构。

6.根据权利要求2所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：在所述的储液槽（2）内设置有蒸汽加热盘管和冷却水盘管。

7.根据权利要求3所述的钢丝水浴索氏体化热处理超声波清洗作业线，其特征是：在所述的上槽体（6）由上盖（5）覆盖。