TWI453072B - A dynamic simulated pickling device for evaluating the pickling properties of steel - Google Patents

Description

評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置

本發明係關於一種評估酸洗性之裝置，特別是一種評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置。

在習知評估鋼材酸洗性之方法中，有以表面電位測定方式及轉動模擬方式。參考先前技術文獻G. Hubmer、A. Osterkom、K. Rendl、R. Puntigam、R. Sestak and W. R. Thiele: Iron and steel，第38卷、第9期、第39-42頁，2003，其揭示以銀/氯化銀(Ag/AgCl)為參考電極，在酸洗溶液中對熱軋鋼片表面銹皮酸洗程度進行電位變化測定。

該先前技術文獻具有以下缺點。添加了酸洗抑制劑時，將使熱軋鋼片(試片)表面電位變化曲線先降至最低值後又緩步上升，原因即為酸洗抑制劑在酸洗溶液接觸到熱軋鋼片後(酸洗5-10秒)，隨酸洗溶液吸附於熱軋鋼片表面發揮了保護熱軋鋼片之作用，致使電極表面偵測到的電位上升。然而，此一變化卻大大干擾了電位偵測的結果，因此酸洗完成電位無法直接由曲線變化得知，需經過另一繁複之數值分析及回歸後，才可預測酸洗完成時間，此偵測系統完全無法有效地應用於實際現場之偵測上。

另外，在轉動模擬方式之習知評估鋼材酸洗性之方法及裝置中，若採用靜態的模擬方式，即預配酸洗溶液於燒杯中加熱至設定溫度後，進行試片樣品的銹皮酸洗溶解試驗，此方法無法有效反映出鋼帶與酸洗溶液相互運動的狀態。並且，採用單槽轉動式動態酸洗模擬裝置以轉動方式模擬連續酸洗之線速度，將試片固定於轉動軸上，進行特定轉速的酸洗模擬試驗，可於一定時間完成酸洗反應後，完成一組試片之模擬酸洗步驟。然而，此種習知評估鋼材酸洗性之方法及裝置所獲得的結果，需採多組試片進行不同酸洗時間之處理後，進行酸洗試片失重測定後，才可獲得銹皮酸洗程度的少數數據，使用範圍仍有諸多限制。

因此，有必要提供一創新且具進步性的評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，以解決上述問題。

本發明係提供一種評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，包括一酸洗系統及一表面電位測定系統。該酸洗系統具有一槽體單元及一泵，該槽體單元用以容設一酸洗溶液及一試片，該泵用以使該酸洗溶液以一設定流速流經該試片。該表面電位測定系統連接該槽體單元內之該酸洗溶液及該試片，用以測定該試片之表面電位。

利用本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，只需數分鐘內即可快速、簡易測定該試片表面銹皮酸洗狀態，以了解該試片表面銹皮的酸洗程度，進而提供酸洗作業與製程預先調整的參考。在應用上，本發明之酸洗裝置可應用於鋼廠現場酸洗線檢驗及品管，及各種酸洗評估模擬試驗。

並且，本發明之該參考電極可測定該試片表面電位，該試片相對參考電極的電位變化訊號可即時傳輸至電位記錄器，如此便可獲得該試片在模擬酸洗過程的完整之表面電位變化資訊。

參考圖1，其顯示本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置之示意圖。本發明之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置1可應用於碳鋼、低合金鋼或含矽電磁鋼，但不以此為限。本發明之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置1包括一酸洗系統10及一表面電位測定系統20。在本發明一實施例中，該酸洗系統10具有一槽體單元11及一泵12，該槽體單元11用以容設一酸洗溶液及一試片30，該泵12用以使該酸洗溶液以一設定流速流經該試片30。較佳地，該泵12係為直流轉動馬達。

該槽體單元11可包括至少一第一槽體111及至少一第二槽體112，該泵12、該至少一第一槽體111及該至少一第二槽體112成流體連通關係，該試片30設置於該至少一第二槽體112之酸洗溶液中。該至少一第一槽體111及該至少一第二槽體112可設置於相同或不同水平位置。在本實施例中，該槽體單元11包括一第一槽體111及一第二槽體112，且該第一槽體111及該第二槽體112設置於不同水平位置(該第一槽體111低於該第二槽體112)。

可理解的是，本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置1之槽體單元11可包括一第一槽體111及複數個第二槽體112、112'、112"，該泵12連通該至少一第一槽體111及該等第二槽體112、112'、112"(如圖2所示)。該等第二槽體112、112'、112"之數量係依據實際酸洗線之酸洗槽數配置。而該試片30係輪流設置該等第二槽體112、112'、112"之酸洗溶液中且經一酸洗時間，該酸洗時間係依據實際上鋼材通過各酸洗槽所需之時間而設定。舉例說明，實際上鋼材通過各酸洗槽所需之時間為11秒，則該酸洗時間設定為11秒。

在本實施例中，該槽體單元11另包括一溫控裝置113，用以控制該至少一第一槽體111中該酸洗溶液之溫度。較佳地，該酸洗溶液之溫度係控制在室溫至90℃之間。

在本發明之一實施例中，該試片30之品尺寸規格係選用長150 mm、寬100 mm、厚度6.5 mm以內之帶有銹皮的試片。該酸洗溶液可為鹽酸或硫酸的溶液，濃度範圍可為1~20%，該酸洗溶液之溫度係控制於常溫至加90℃之任意溫度，一般為現場酸洗線之實際控制溫度。

該表面電位測定系統20連接該槽體單元10內之該酸洗溶液及該試片30，用以測定該試片30之表面電位。在本發明之一實施例中，該表面電位測定系統20係包括一參考電極21及一電位記錄器22，該試片30及該參考電極21分別連接至該電位記錄器22之正極及負極。較佳地，該參考電極21係為石墨電極。

在本實施例中，該電位記錄器22係為一數位式電位記錄器，該數位式電位記錄器可測定最小電位至少為±1mV，資料擷取時間最短為0.15秒。經由該石墨參考電極21(以與該參考電極21相同標號表示)測得該試片30表面電位變化程度，可與預先建立之同材質且表面殘留銹皮之試片的電位進行比對，進而可評估不同試片之銹皮酸洗完成時間。

以該石墨參考電極21作為偵測電極，其不經過鹽橋的離子傳遞，直接透過酸洗溶液測得該試片30相對該石墨參考電極21的電位變化，如此可改善習知技術中以銀/氯化銀(Ag/AgCl)參考電極為偵測電極所產生之問題。藉此，可改善習知技術中之問題，且可改善具多孔隙之石墨參考電極會吸附酸洗抑制劑的有機分子因而抵銷了吸附於該試片表面抑制劑之鈍化效應。

圖3顯示本發明多組經酸洗之試片相對石墨參考電極的電位變化曲線示意圖，其中該酸洗溶液之溫度係為80℃。由圖3可明顯看出，該試片30表面極化現象干擾較小。習知銀/氯化銀參考電極若沒有鹽橋等控制電解質濃度的設計，不宜直接使用於高酸度環境；本發明之石墨參考電極21無需透過鹽橋，可直接使用於高溫高酸性的環境，故可大幅降低因鹽橋所造成的極化問題。

茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。

實例：

在本實例中，係採用S45C熱軋中碳鋼作為試驗材料，將熱軋鋼捲裁切成長50 mm、寬35 mm左右之鋼片作為試片30)。模擬線速度酸洗速度為100 mpm的三槽式酸洗線，此時鋼捲通過各酸洗槽所需的時間平均約為11秒鐘(三個酸洗槽為33秒)。因此，在本實例中設定於各第二槽體112、112'、112"(參考圖2)中之鋼片電位變化的測定時間為11秒(即酸洗時間)中斷時間，即參考此酸洗線速度的因素來決定。中斷實驗的試片分別以立體顯微鏡(SEM)及鋼片橫截面金相等，記錄各階段酸洗後試片表面狀態，以獲得酸洗中斷時間當時鋼片表面之酸洗程度。

圖4顯示本發明模擬實驗電位測定結果圖。配合參考圖2及4，其中由圖4中T1區間(0~11秒)之電位變化趨勢可明顯得知，酸洗試片30在第一個第二槽體112中電位大幅下降，顯示酸洗溶液在第一個第二槽體112中已大量與試片30底材接觸；酸洗試片30在第二個第二槽體112'中(圖4中之T2區間，11~22秒)與第三個第二槽體112"中(圖4中之T3區間，22~33秒)電位則呈現穩定直線變化，可知此時電位已達試片30穩定電位，即銹皮酸洗完成電位。實際經由各第二槽體112、112'、112"中所酸洗出之試片30的SEM橫裁面金相圖顯示，亦明確得知試片30在第二個第二槽體112'中時銹皮幾乎完全去除，第三個第二槽體112"中的試片30則完全無銹皮殘留現象，金相顯示結果與電位測定結果一致。

利用本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置1，只需數分鐘內即可快速、簡易測定該試片30表面銹皮酸洗狀態，以了解該試片30表面銹皮的酸洗程度，進而提供酸洗作業與製程預先調整的參考。在應用上，本發明之酸洗裝置1可應用於鋼廠現場酸洗線檢驗及品管，及各種酸洗評估模擬試驗。

並且，本發明之該參考電極21可測定該試片30表面電位，該試片30相對該參考電極21的電位變化訊號可即時傳輸至該電位記錄器22，如此便可獲得該試片30在模擬酸洗過程的完整之表面電位變化資訊。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．本發明之酸洗裝置

10．．．酸洗系統

11．．．槽體單元

12．．．泵

20．．．表面電位測定系統

21．．．參考電極

22．．．電位記錄器

30．．．試片

111．．．第一槽體

112、112'、112"．．．第二槽體

圖1顯示本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置之示意圖；

圖2顯示本發明評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置之另一實施例之示意圖；

圖3顯示本發明多組經酸洗之試片相對石墨參考電極的電位變化曲線示意圖；及

圖4顯示本發明模擬實驗電位測定結果圖。

1．．．本發明之酸洗裝置

10．．．酸洗系統

11．．．槽體單元

12．．．泵

20．．．表面電位測定系統

21．．．參考電極

22．．．電位記錄器

30．．．試片

111．．．第一槽體

112．．．第二槽體

Claims (9)

1. 一種評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，包括：一酸洗系統，具有一槽體單元及一泵，該槽體單元用以容設一酸洗溶液及一試片，該泵用以使該酸洗溶液以一設定流速流經該試片，該槽體單元包括至少一第一槽體及至少一第二槽體，該泵、該至少一第一槽體及該至少一第二槽體成流體連通關係，該試片設置於該至少一第二槽體中；及一表面電位測定系統，連接該槽體單元內之該酸洗溶液及該試片，用以測定該試片之表面電位。
2. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該泵係為直流轉動馬達。
3. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該槽體單元包括一第一槽體及複數個第二槽體，該泵連通該至少一第一槽體及該等第二槽體，該試片輪流設置於每一第二槽體中且經一酸洗時間。
4. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該槽體單元另包括一溫控裝置，用以控制該至少一第一槽體中該酸洗溶液之溫度。
5. 如請求項4之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該酸洗溶液之溫度係為室溫至90℃之間。
6. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該至少一第一槽體及該至少一第二槽體設置於不同水平位置。
7. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該表面電位測定系統另包括一參考電極及一電位記錄器，該試片及該參考電極分別連接至該電位記錄器之正極及負極。
8. 如請求項7之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其中該參考電極係為石墨電極。
9. 如請求項1之評估鋼材酸洗性之動態模擬酸洗裝置，其係應用於碳鋼、低合金鋼或含矽電磁鋼。