盘条酸洗磷化及酸雾净化工艺研究(1)

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1、2 0 0 8 年 第 4 期 总 第 1 4 8 期T I A N J I N M E T A L L U R G Y试 样 ) , 多 个 试 样 参 照 加 热 保 温 时 间 经 验 公 式 T = A D K测 算 。4 . 3 冷 却 介 质 : N 3 2 机 械 油 , 油 温 控 制 在 4 0 6 0 为宜 。4 . 4 回 火 温 度 : 5 2 0 1 0 , 保 温 时 间 应 保 证 足 够长 , 单 个 试 样 的 保 温 时 间 以 不 低 于 6 0 m i n 为 宜 。( 收 稿 2 0 0 8 - 7 - 1 7 责 编 崔 建 华 )参 考 文 献 1

2、 叶 卫 平 , 张 覃 轶 . 热 处 理 实 用 数 据 速 查 手 册 M . 北 京 : 机 械 工 业出 版 社 , 2 0 0 6 . 2 2 . 2 樊 东 黎 , 徐 跃 明 , 佟 晓 辉 , 等 . 热 处 理 技 术 数 据 手 册 M . 北 京 : 机械 工 业 出 版 社 , 2 0 0 6 . 2 7 2 . 3 牛 士 珍 . 4 0 C r 棒 钢 材 力 学 性 能 的 研 究 J . 河 北 冶 金 , 2 0 0 6 ,( 1 ) : 2 6 2 7 . 4 上 海 市 机 械 制 造 工 艺 研 究 所 . 金 相 分 析 技 术 M . 上 海 :

3、上 海 科 学技 术 文 献 出 版 社 , 1 9 8 7 .作 者 简 介苏 春 昌 , 男 , 大 学 学 士 , 工 程 师 , 从 事 实 金 属 物 理 性 能 分 析 。 ! 生 产 工 艺 研 究 w w w . c h i t j m . c o mt j y j t j y j . c o mw w w . t j y j q k . c o mt j y j z z t j y j . c o m盘 条 酸 洗 磷 化 及 酸 雾 净 化 工 艺 研 究徐 典 伟 ( 天 津 钢 铁 有 限 公 司 , 天 津 3 0 0 3 0 1 ) 摘 要 通 过 酸 洗 和 磷

4、化 机 理 的 研 究 确 定 酸 洗 、 磷 化 工 艺 , 达 到 可 以 满 足 钢 丝 拉 拔 和 防 锈 的 目 的 。 酸 洗 磷 化 工 艺 是 环 保 减排 的 工 作 重 点 , 酸 雾 经 过 中 和 和 喷 淋 处 理 可 以 达 到 国 家 排 放 标 准 , 满 足 环 保 要 求 。关 键 词 酸 洗 磷 化 酸 雾 净 化 工 艺1 前 言金 属 制 品 是 重 要 的 冶 金 产 品 , 主 要 原 料 是 金 属 材料 制 成 的 盘 条 。 由 于 热 轧 过 程 中 产 生 表 面 氧 化 物 , 严重 影 响 盘 条 的 冷 加 工 工 艺 。 盘 条

5、表 面 的 预 处 理 是 应 用最 广 泛 的 一 种 生 产 工 艺 , 主 要 工 艺 为 酸 洗 、 水 洗 、 涂 灰 、干 燥 。 有 关 这 方 面 的 实 验 早 在 1 9 世 纪 的 初 期 国 外 已 经开 始 了 , 从 2 0 世 纪 4 0 年 代 开 始 , 国 际 上 开 始 研 究 高 碳钢 的 表 面 磷 化 工 艺 , 2 0 世 纪 7 0 年 代 得 到 更 新 的 完 善 ,并 广 泛 引 用 于 汽 车 制 造 行 业 。 我 国 在 2 0 世 纪 2 0 世 纪7 0 年 代 开 始 应 用 于 金 属 制 品 行 业 , 起 初 由 金 属

6、制 品 厂自 行 配 制 , 工 艺 各 有 所 长 , 2 0 世 纪 8 0 年 开 始 有 了 专 业化 的 生 产 厂 , 磷 化 工 艺 才 广 泛 应 用 于 金 属 制 品 行 业 , 但都 是 采 用 浸 泡 式 磷 化 工 艺 , 浸 泡 时 间 大 约 3 5 m i n , 磷化 膜 均 匀 , 拉 拔 速 度 稳 定 。 2 0 世 纪 9 0 年 代 末 开 始 应 用快 速 磷 化 工 艺 , 并 能 实 现 在 2 0 3 0 s 内 完 成 全 部 工 艺 ,但 磷 化 膜 的 厚 度 均 匀 性 差 , 影 响 拉 拔 速 度 , 应 用 效 果 较差 。 在

7、 实 际 生 产 中 产 生 大 量 的 酸 雾 对 环 境 造 成 污 染 ,酸 雾 的 回 收 、 净 化 问 题 成 为 各 企 业 难 以 解 决 的 大 问 题 。为 此 , 天 津 钢 铁 有 限 公 司 在 新 投 产 的 预 应 力 钢 绞 线 预处 理 工 序 上 , 通 过 对 高 碳 钢 盘 条 表 面 磷 化 工 艺 的 理 论研 究 与 分 析 , 提 出 了 适 宜 的 酸 雾 净 化 工 艺 方 法 , 经 实 际应 用 取 得 了 很 好 的 效 果 。2 主 要 研 究 内 容2 . 1 盘 条 氧 化 皮 的 组 成 及 特 性经 过 热 轧 的 盘 条 表

8、 面 形 成 一 层 氧 化 皮 , 主 要 组 成成 分 是 从 内 到 外 F e O 、 F e3O4、 F e2O3, F e O 完 全 溶 于 酸 ,具 有 很 高 的 脆 性 , 严 重 影 响 冷 加 工 工 艺 ; F e3O4不 溶 于酸 , 且 具 有 磁 性 ; F e2O3溶 解 速 度 很 慢 , 具 有 很 好 的 润 滑效 果 。2 . 2 酸 洗 磷 化 反 应 机 理2 . 2 . 1 氧 化 物 及 金 属 与 酸 的 反 应F e O + 2 H C l = F e C l2+ H2OF e2O3+ 6 H C l = 2 F e C l3+ 3 H2O

9、F e + 2 H C l = F e C l2+ H22 . 2 . 2 磷 酸 和 磷 酸 盐正 磷 酸 ( H3P O4) 是 一 种 三 价 酸 , 即 有 三 个 可 置 换 的氢 离 子 , 能 与 金 属 形 成 三 种 盐 。 根 据 有 关 资 料 提 供 的氢 原 子 在 2 5 时 的 离 解 常 数 , 只 有 第 一 个 氢 原 子 容#天 津 冶 金2 82 0 0 8 年 第 4 期 总 第 1 4 8 期 盘 条 酸 洗 磷 化 及 酸 雾 净 化 工 艺 研 究易 发 生 离 解 , 一 价 金 属 形 成 M H2P O4金 属 盐 , 属 于 一 代磷 酸

10、 盐 , 随 着 温 度 的 变 化 还 会 形 成 二 代 、 三 代 磷 酸 盐 ,还 有 其 它 形 式 的 酸 式 盐 和 碱 式 盐 。金 属 的 表 面 晶 体 状 磷 化 膜 的 形 成 取 决 于 铁 、 锰 、 锌磷 酸 盐 的 溶 解 特 性 。 一 般 来 说 , 这 些 金 属 的 一 代 磷 酸盐 溶 于 水 , 二 代 磷 酸 盐 呈 不 稳 定 性 或 不 溶 解 性 , 三 代磷 酸 盐 不 溶 于 水 。锌 系 磷 酸 盐 的 分 子 式 :Z n( H2P O4)2 2 H3P O4Z n( H2P O4)2 2 H2O Z n H2P O4 H2OZ n

11、H2P O4 3 H2O 、 Z n3( H2P O4)2 4 H2O锰 系 磷 酸 盐 的 分 子 式 :M n( H2P O4)2M n H P O4 3 H2O 、 M n3( P O4)2 2 M n H P O4 5 H2O铁 系 磷 酸 盐 的 分 子 式 :F e3( P O4)2 8 H2O 、 F e H P O4 H2OF e( H2P O4)2 2 H2O2 . 2 . 3 磷 化 膜 的 形 成磷 化 膜 的 形 成 机 理 是 相 当 复 杂 的 , 但 对 于 重 金 属磷 酸 盐 溶 液 的 工 艺 是 一 代 磷 酸 盐 三 代 磷 酸 盐 , 一 代磷 酸 盐

12、 的 溶 解 会 形 成 二 代 和 三 代 磷 酸 盐 及 游 离 酸 , 随着 p H 值 和 温 度 的 升 高 影 响 更 为 严 重 。3 M ( H2P O4)2 3 M H P O4+ 3 H3P O4( 1 )3 M H P O4 M 3( P O4)2+ H3P O4( 2 )3 M ( H2P O4)2 M 3( P O4)2+ 4 H3P O4( 3 )温 度 愈 高 , 反 应 式 ( 1 ) ( 3 ) 的 平 衡 愈 由 左 向 右 。 如果 有 金 属 M 与 一 代 盐 溶 液 接 触 , 将 会 与 磷 酸 发 生 以 下反 应 :M + 2 H3P O4 M

13、 ( H2P O4)2+ H2( 4 )由 于 此 反 应 的 发 生 , 磷 酸 的 消 耗 促 使 ( 1 ) 、( 2 ) 式 平衡 转 向 右 边 , 不 溶 性 二 、 三 代 磷 酸 盐 沉 积 在 金 属 表 面 ,并 形 成 化 学 结 合 , 产 生 少 数 沉 渣 。在 重 金 属 一 代 磷 酸 盐 中 , 必 须 保 证 始 终 存 在 一 定的 游 离 酸 , 以 抑 制 水 解 反 应 , 保 证 槽 液 的 稳 定 。 温 度 升高 会 增 加 离 解 度 , 因 此 , 要 有 较 高 的 游 离 酸 存 在 , 保 证不 产 生 大 量 的 三 代 磷 酸 盐

14、 沉 淀 。离 解 的 平 衡 还 取 决 于 浓 度 , 浓 度 越 低 离 解 度 越 高 。游 离 酸 太 高 , 中 和 这 些 游 离 酸 需 要 时 间 越 长 , 同 时 从工 件 上 溶 解 下 的 金 属 超 出 了 所 需 要 的 量 。 因 此 , 浓 度设 计 要 恰 好 达 到 在 工 作 温 度 和 浓 度 下 的 离 解 平 衡 。铁 在 一 代 磷 酸 锌 中 进 行 磷 化 处 理 时 , Z n ( H2P O4)2会 与 少 量 的 铁 磷 酸 盐 一 起 进 入 磷 化 膜 。 大 致 反 应 过 程如 下 :F e + 3 Z n( H2P O4)2+

15、 4 H2O Z n 3( P O4)24 H2O + F e H - P O4+ 3 H3P O4+ H2对 于 钢 铁 的 锌 盐 磷 化 膜 来 说 , 由 于 膜 中 铁 的 影 响使 内 在 的 抗 腐 蚀 能 力 比 锰 、 铁 盐 磷 化 膜 低 , 少 量 的 铁离 子 可 提 高 抗 腐 蚀 性 。 当 膜 中 铁 离 子 达 到 3 0 % 4 0 %时 , 抗 腐 蚀 能 力 大 大 下 降 , 磷 化 液 不 能 再 用 。 但 锌 盐 磷化 膜 塑 性 好 , 适 合 于 加 工 , 因 此 , 金 属 制 品 行 业 采 用 了锌 盐 磷 化 工 艺 。 磷 化 实

16、 质 上 是 一 种 化 学 反 应 , 在 磷 化过 程 中 , 微 阳 极 发 生 金 属 溶 解 , 而 微 阴 极 释 放 出 氢 气 ,并 随 之 出 现 不 溶 性 磷 化 盐 沉 积 。阳 极 : F e F e2 + 2 e 阴 极 : 2 H+ 2 e H2锌 盐 的 磷 化 过 程 中 出 现 下 列 反 应 :Z n( H2P O4)2 Z n P O4-+ H2P O4-+ 2 H+在 阳 极 上 发 生 下 列 反 应 :F e + 2 Z n P O4- Z n2F e( P O4)2+ 2 e铁 的 进 一 步 阳 极 溶 解 能 穿 过 磷 酸 锌 铁 层 , 并 促 进附 加 膜 的 生 长 。 在 微 阳 极 区 , 酸 度 下 降 , Z n P