带钢酸洗用新型除锈剂
王 玮
（仙桃市环美化工有限公司 湖北省 仙桃市 433000）
摘 要：本文分析了现有的采用纯盐酸进行带钢酸洗工艺不利因素，引出了一种新型“仙净”除锈剂作为盐酸酸洗溶液添加剂；介绍了除锈剂加入盐酸溶液后发生的电离、渗透、吸附、剥离等过程，阐述了除锈剂在酸洗过程中会增加剥离去除氧化铁皮作用、对带钢基体有一定的保护作用和减少对环境的污染作用；并通过实验室试验验证了除锈剂能够大幅度减小酸洗过程的铁损和厚度减薄，减少产生气泡和气体溢出的数量，提高反应速度，减小酸洗溶液老化速度。
关键词:除锈剂；剥离；铁损；环境保护
1 研究背景
现有的带钢酸洗工艺主要是采用盐酸与热轧板表面的氧化铁皮进行化学反应从而去除，大量的事实证明，这种方法存在以下问题：
1）产生铁损，影响成材率。这种去除氧化铁皮的根本原理是纯反应型的，即靠盐酸与氧化铁皮的反应达到去除氧化铁皮的目的，由于盐酸在与氧化铁皮反应的同时，对钢板肌体也会产生大量腐蚀，产生所谓的“铁损”，即使加入缓蚀剂，效果还是不尽人意，影响成材率在所难免；
2）产生过酸洗缺陷，影响产品质量。局部盐酸与基体的反应过于强烈，或挤干辊不能将酸液挤干净，在带钢表面会产生一定的严重腐蚀现象，产生所谓的“过酸洗”缺陷，给后续的产品质量问题埋下了隐患；
3）产生氢脆现象，影响材质性能。在酸洗过程中，会产生大量的氢原子，氢原子半径很小，极易进入钢带内部，有可能聚合为氢分子，造成应力集中，产生所谓的，“氢脆”现象，使得带钢的强度受到很大的影响。
4）产生酸雾污染，废酸处理量大。在反应时形成的大量氢气从溶液中溢出的同时，会带动盐酸中HCl气体大量外溢，产生酸雾污染，给环境保护增加困难；同时，由于完全靠盐酸与氧化铁皮的反应去除氧化铁皮，即氧化铁皮最终都是溶解于盐酸中，使得盐酸内铁离子浓度很快上升而失效老化，不但增加了盐酸消耗成本而且增加了废酸处理成本。
2 技术原理
为了从根本上解决上述问题，我们研究成功了一种新型除锈剂，可以和纯盐酸配制合使用，应用于带钢的酸洗工艺，取得了显著的成效。
2.1 产品性质
除锈剂与盐酸配制成的除锈液的性质如下：
外观：无色透明或淡黄色的液体；
密度：1.09~1.23g/cm3；
PH：≤1.2；
HCl含量：8%-21%；
周围环境目标值AMEGAH：≤35.7μg/m3。
2.2 作用过程
除锈剂的主要作用过程为：
1）电离。除锈剂加入盐酸溶液后即发生电离，生成带电离子；
2）渗透。当带钢进入配有除锈剂的盐酸除锈液以后，其中的多种化学制剂降低了除锈液的表面张力，除锈液沿着带钢表面氧化铁皮的裂隙渗透到带钢基体与氧化铁皮的结合面上，使得原来的“固-固”界面，成为“固-液-固”界面；
3）吸附。除锈液中的带电离子吸附于钢铁基体表面和氧化铁皮两种固体表面上，从而带上电荷；
4）剥离。由于钢铁基体表面和氧化铁皮表面所带电荷相同，产生排斥作用，从而使得氧化铁皮从钢铁基体表面脱离，发挥剥离除去氧化铁皮的作用。
2.3 原理分析
1）剥离去除氧化铁皮作用的引入。由上分析可知，除锈剂的加入，使得去除氧化铁皮的方法由“完全反应”型转变为“反应+剥离”型，这就使得去除氧化铁皮的根本原理发生了质的飞跃，去除同样数量的氧化铁皮，原来所需的反应作用削弱了，也就大幅度减小了由此带来的一系列不利因素；
2）对带钢基体的保护作用。除锈剂离子沿着带钢表面氧化铁皮的裂隙渗透到带钢基体与氧化铁皮的结合面上以后，会吸附于钢铁基体表面，迅速形成保护层，隔离了盐酸与铁原子的进一步反应，从而使“铁损”大幅降低，也有利于防止“过酸洗”缺陷的发生，并抑制了“氢脆”现象；
2）减少对环境的污染作用。由于除锈剂不含亚纳、磷等有毒有害物质，而且产生的氢气很少，可有效抑制酸雾逸出，不产生公害，不产生刺激性气体；同时，由于除锈液的带电离子也能吸附于氧化铁皮表面，隔离了盐酸与氧化铁的进一步反应，大幅度地减少了除锈液内铁离子上升的速度，除锈液老化速度降低，废液排放周期加长，废液处理量下降，也是环保性能优越的另一个方面。
3 实验论证
为了验证除锈剂的应用效果，我们实验条件下对纯盐酸和加入除锈剂后进行酸洗过程中的铁损和厚度减小做了对比分析和研究。
3.1 铁损对比实验
1）未加除锈剂铁损测试
取带氧化铁皮的带钢样板四块，称好原始重量，放入数量约为200ml、浓度约为18%、温度约为80℃的再生酸中，分别反应1.5分钟和3分钟后，将带钢板表面吸水、烘干，然后测其重量，取其平均值，计算“铁损”数据，如表1和表2所示。
表1 未加除锈剂酸洗1.5分钟铁损检测数据
表2 未加除锈剂酸洗3.0分钟铁损检测数据
2）加入除锈剂铁损测试
其它实验条件相同，不同的是在再生盐酸中加入除锈剂进行实验，结果如表3和表4所示。
表3 加入除锈剂酸洗1.5分钟铁损检测数据
表4 加入除锈剂酸洗3.0分钟铁损检测数据
3）实验结果分析
对以上实验结果数据汇总到表5，从中可以看出：在反应1.5分钟的情况下，添加除锈剂可以减少铁损超过1个百分点；在反应3.0分钟的情况下，添加除锈剂可以减少铁损超过2个百分点。可见，效果非常显著。
表5 除锈剂加入铁损降低数据
3.2 厚度减小实验
为了进一步论证除锈剂使用的效果，我们还对样板厚度减小的情况进行了对比实验。取厚度为2.58mm带氧化铁皮的带钢样板12块，分为2组，每组6块，分别放入数量约为200ml、浓度约为18%、温度约为80℃，未加和加入除锈剂的再生酸中，每组试样又分别反应10分钟、20分钟、30分钟、40分钟和50分钟后，将带钢板表面吸水、烘干，然后测其厚度，计算厚度减小幅度%数据，如表6所示，并绘制成曲线，如图1所示。
表6 除锈剂加入与否厚度减小幅度对比
图1 除锈剂加入与否厚度减小幅度对比
3.3 反应情况观察
除锈剂是否加入对酸洗反应过程的影响，也可以从实验过程的外部情况体现出来。采用未加除锈剂的纯盐酸进行酸洗时，反应很激烈，产生大量的气泡，并有大量的气体溢出，但反应比较慢，反应后溶液内没有小颗粒的固体，如图2所示；采用加入除锈剂的盐酸进行酸洗时，反应很平稳，产生少量的气泡，几乎没有气体溢出，但反应比较快，反应后溶液内存在小颗粒的固体，如图3所示。
4 结论
1）现有的采用纯盐酸进行带钢酸洗工艺，会产生铁损、过酸洗缺陷、氢脆现象，并生酸雾污染，废酸处理量大；
2）为了减小采用纯盐酸进行带钢酸洗过程中的各种不利影响，研发成功了新型除锈剂，加入盐酸溶液中后进行酸洗；
3）除锈剂加入盐酸溶液后即发生电离、渗透、吸附、剥离等作用，影响了酸洗过程的反应；
4）除锈剂在酸洗过程中会增加剥离去除氧化铁皮作用、对带钢基体有一定的保护作用和减少对环境的污染作用；
5）经过实验室试验表明，除锈剂能够大幅度减小酸洗过程的铁损和厚度减薄，减少产生气泡和气体溢出的数量，提高反应速度，减小酸洗溶液老化速度。
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