热轧水质问题浅析

2020-04-22徐海卫吴秀鹏魏连启

中国金属通报 2020年3期

关键词：碳钢轧辊溶解氧

周旬，徐海卫，钟声，刘朋，于孟，吴秀鹏，魏连启

（1.首钢京唐钢铁有限公司，河北唐山 063200；2.中国科学院过程工程研究所，北京 100080）

1 热轧水系统概况

热轧工序正常生产过程需大量用水，水系统波动频繁且十分复杂,对产品质量的稳定和设备的功能精度的维持有明显影响。为系统了解水质的影响，本文详细跟踪、实验和描述热轧水质的系列影响，然后针对性进行控制改善，为稳定高效生产打下基础。

热轧用水从水处理端分类，正常分为浊环水和净环水两部分。

图1 热轧净环水和浊环水的处理流程图

净环水是生产过程中不与钢材产品接触的水，主要用于设备的冷却和润滑，其水质稳定，一般直接回用，形成闭环。浊环水是与钢材和设备直接接触的水，包括层流冷却水，除鳞用水，以及用于带钢冷却和轧辊冷却的水等。由于浊环水和轧辊等设备、钢材、润滑油脂等接触，水质变化大，通常用完排放到水处理工序，处理后，继续做为浊循环补充水，重新回浊环水系统[1]。

2 热轧用水的影响分析

考虑热轧水系统的水质，通常需要考虑一下因素：①PH值：一般酸性水会加速腐蚀（PH＜6），中性和碱性水腐蚀很小。②Cl-：可以间接破坏钢材表面的钝化膜，降低钢板本身的耐蚀性。③SO42-：和Cl-方式基本一致，存在一定程度腐蚀。④溶解氧：浓度增加对钢材高温下的腐蚀十分明显。⑤悬浮物：一般只会堵塞，隔绝钢材和空气的接触，本质上不加剧腐蚀。净环水的主要污染物一般有：Cl-、SO42-和溶解氧等。

2.1 酸根离子的影响

针对工业用水，海水淡化水等不同来源的水,碳钢的腐蚀行为差距明显。碳钢在纯净水中放置，表面仅有少量的腐蚀斑点。不同质量浓度SO42-溶液中的腐蚀速率不一样，在高纯水中碳钢的腐蚀速率很低[2-4]；随着SO42-浓度增加，碳钢腐蚀明显加快，SO4

2-浓度为50μg/L时就对碳钢腐蚀具有明显的加速作用；当SO4

2-质量浓度达到200μg/L时，就已经有很明显的缓蚀效果。碳钢在Cl-中存在腐蚀，Cl-离子半径很小，腐蚀性极强，溶液导电性增加，铁失去电子，优先形成点腐蚀，当溶液中存在高浓度、高导电的FeCl2时，pH值下降，加剧腐蚀。Cl-浓度小于100μg/L时，碳钢表面仅有少量锈斑；正常水中Cl-含量约500μg/L，此时，有轻微的腐蚀，碳钢表面会逐渐受到轻微腐蚀，但是腐蚀速率很低，程度很浅。钢在Cl-中的化学反应和物理反应很复杂，Cl-优先会和铁氧化物生成α-FeOOH，γ-FeOOH等，此类羟基化合物疏松多孔，对基体不具备保护能力，关键是疏松多孔后。酸性水更容易侵蚀基体，增加腐蚀的严重程度。

图2 各钢铁企业层冷段腐蚀程度对比图

如图2所示，因为公司在海边，大量使用淡化海水，如表1所示，使用海水淡化的浊环水中的Cl-常年维持在150μg/L～250μg/L，设备腐蚀严重。而梅钢，宝钢身处内陆的钢材，因为使用水中Cl-浓度小，设备腐蚀相对轻微的多。腐蚀及其严重。公司制定了指标，为抑制对带钢表面质量的影响，要求浊环水中Cl-浓度标准小于500μg/L。

表1 热轧工序水质实测表

浊环水的污染物包括轧辊氧化剥落的产物，润滑油脂，粉碎的带钢的氧化铁皮等，这些产物被冲进水中，经过污水系统简单处理回用。

2.2 pH值的影响分析

浊环水的pH值大小对钢材表面的影响是必然的，酸性溶液容易导致Fe基化合物的电化学反应过程，pH值的大小直接可以影响氧化反应的过程，进一步影响氧化层的结构和厚度。

水中的pH值的减小，阴极过程比如那是氢离子的还原过程，pH值越小，其还原过程的驱动力就越大。pH值很小，热态钢板在酸性水内，腐蚀速度越大，这是因为在酸性溶液内，铁的腐蚀主要是由H+充当去极化剂引起的。Cl-浓度增加，则Cl-在与OH-的竞争中取得优势，Cl-破坏了OH-对电极表面的保护，腐蚀进一步加剧。通常，现场的pH值指标定在7.5～8.8范围内，保持中性或者中性偏碱的水质中，可有效抑制钢材的化学反应。

2.3 溶解氧的影响分析

如图3所示，溶解氧浓度不容是，腐蚀速率有明显变化。当溶解氧为0.10mg/L时，腐蚀速率0.045mm/a，当溶解氧为0.05mg/L时，腐蚀速率降至0.028mm/a，无明显局部腐蚀。可见现场严格控制溶解氧含量能够有效控制腐蚀。目前大部分钢铁企业不关注溶解氧，这在后期需要进一步推进。

2.4 悬浮物的影响分析

悬浮物包括两个部分，一部分是油污，另一部分是钢板和钢铁产品表面氧化磨碎的产物。

图3 腐蚀速率和水中溶解氧含量的关系

油污在热轧高温时，在带钢表面呈现沸腾态，这种沸腾态影响水的聚集和扩散。很容易影响带钢的冷却均匀性。当带钢表面温度不均匀时，会印象轧辊的温度均匀性，最终导致轧辊氧化程度不一，局部薄局部厚，先后剥落不一致，形成带钢表面严重的色差缺陷。

热轧过程，粗轧、精轧和卷取工序的平辊和立辊都需要润滑，保证减小轧制负荷，提高产品质量，节省电能，减少磨损。润滑油的存在依然是导致水冷却不均匀，最终和带钢一样，使得轧辊表面氧化程度严重不同，最终导致局部的剥落，在带钢表面形成不规则的深浅不一的无规律压入[5，6]。如果粗轧和精轧前机架出现氧化膜的剥落，形成的氧化铁皮缺陷，在后机架被碾碎后压入，形成典型的轧辊系氧化铁皮。将悬浮物控制在8mg/L以下可以有效控制产品质量和设备运行。