钢丝拉拔生产(第三章1) 氧化皮去除.ppt

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1、第三章 钢丝的表面准备,3.1氧化皮去除,3.2润滑涂层,3.1 氧化皮去除,FeO结构疏松，保护作用较弱，Fe3O4、Fe2O3结构致密，有较好的保护性。,氧化铁皮由三层组成：FeO 靠近钢基，厚度约l0-2mm；Fe3O4中间层，厚度约10-410-3mm；Fe2O3最外层，厚度约10-5mm。整个氧化铁皮的厚度一般在0.010.02mm，最厚不超过0.07mm。,钢丝氧化皮,Fe2O3,FeO,Fe3O4,钢基体,氧化皮构成,氧化皮性能：氧化皮质脆，没有延伸性，在机械作用下和热加工作用下，很容易产生龟裂而脱离。,3.1.2 氧化皮去除,常用方法有：,机械去皮法,酸洗去皮法,（一）机械去皮

2、法,1、反复弯曲法,2、喷丸处理法,3、组合式处理法,（一）机械去皮法,1、反复弯曲法 利用氧化铁皮的特性，使盘条连续通过不同方向的弯曲，造成盘条表面的反复延伸和压缩，促成表面铁皮疏松剥落。用此法至多只能除去盘条表面铁皮量的80多，剩余的铁皮必须经酸洗或其它机械方法除去。生产上用此法处理后的盘条再经酸洗，能大大缩短酸洗时间，降低酸耗和防止过酸洗。,八辊剥壳机,六辊剥壳机,（一）机械去皮法,外层表面受拉伸，内层表面受压缩。中心层视为不变形区，则盘条外层的变形值：,低碳盘条的延伸可取大些，一般为8%10%，对中、高碳盘条的延伸率应小于8%为宜。,1）弯曲辊辊径的确定,（一）机械去皮法,D-辊轮直径

3、(mm)d-盘条直径(mm)-变形值（%）,必须将弯曲辊布置在不同平面上或二组弯曲辊布置在相互垂直的平面上方能收到较好的效果。,2）弯曲辊布置形式的确定,（一）机械去皮法,3）包角的确定,盘条与辊轮间的包角（）越大，盘条承受弯曲变形量也就越大，且通过弯曲辊作用的时间也越长，去铁皮效果就越好。,（一）机械去皮法,4）牵引力的确定,式中：P牵引力(公斤)；Q后张力(取3050公斤)；s盘条的屈服强度(公斤毫米2)；d盘条直径(毫米)；D辊轮直径(毫米)，n辊轮个数。,（一）机械去皮法,2、喷丸处理法,原理：由高速旋转的摔轮将金属弹丸高速地射向钢丝表面，靠金属弹丸的动能打碎铁皮并除去。,（一）机械去

4、皮法,喷丸处理法的效率与去皮效果取决于摔轮的性能。摔轮的转速要求在20004000转/分。每分钟摔出的金属弹丸最多达1000kg。射出金属弹丸的速度为6575m/s。,喷丸原理图,（一）机械去皮法,摔轮要求布置在不同方位上，使射向钢丝表面的弹丸能形成均一的扇形面，为此在弹丸抛射处应设置导板并附有弹丸和铁皮的回收分离器。喷丸处理钢丝的线速度按其碳量、氧化铁皮性质、盘条尺寸等不同一般在2l00m/min。盘条喷丸前应预先进行矫直。,喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂）高速喷射到被需处理工件表面。,喷砂处理法：,喷砂处理与喷丸处理的作用原理基本相同。

5、不同的则是弹丸大小种类以及产生动能的装置不同。喷砂处理装置是把4060目干的金刚砂(以Al2O3为主)借助压缩空气的动力喷射到盘条表面。去锈是靠磨料在喷嘴内纵向走动所产生的紊流使磨料与表面多次冲击来完成。,喷砂房,喷砂机,喷枪,3、组合式处理法,组合式处理法：是指几种机械去皮装置联合组成一套完整的去铁皮机，以完全替代酸洗的一二种方法，还可与水洗、涂层，烘干、收线形成一条连续作业线。,（一）机械去皮法,1）反复弯曲+钢丝刷机械去铁皮,（一）机械去皮法,第二讲课复习,1、钢丝生产的原料？2、钢丝原料根据材质不同可分为四大类？3、盘条的内在质量主要包括？4、盘条的表面质量主要包括？5、氧化皮的成分组

6、成？6、机械去皮法主要包括？7、机械去皮法弯曲辊的布置形式？,1、酸洗原理（1）酸的“化学溶解”作用（2）氢气的“机械剥离”作用（3）氢的还原作用,（二）酸洗去皮法,（1）酸的“溶解”作用酸洗时，把线坯全部浸入酸溶液中。当浸入酸液中时，其表面的氧化铁皮就与酸接触而起化学反应。同时，酸溶液也通过氧化铁皮中的裂缝和孔隙而与其中的所有三层氧化物及铁基体接触而起反应。,在硫酸溶液中酸洗时进行下列反应：FeO+H2SO4=FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O Fe+H2SO4=FeSO4+H2,（二

7、）酸洗去皮法,在盐酸溶液中酸洗时进行的反应：FeO+2HCl=FeCl2+H2O Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3 H2O Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4 H2O Fe+2HCl=FeCl2+H2 由于发生了以上化学反应，线坯表面上氧化铁皮都变成了略溶于水或溶于水的铁盐及亚铁盐，因而从钢铁表面上被去除。这样的作用就叫做“化学溶解”作用。,（二）酸洗去皮法,（2）氢气的“机械剥离”作用 酸进入有裂缝的氧化铁皮里与金属铁直接作用，生成大量的氢气。在有限空间的裂缝中难以逸出，于是在裂缝中越积越多，造成极大的压力把氧化铁皮自线坯表面剥下来。即靠压力(机械作用)剥除氧化铁皮，因

8、此称作氢气的机械剥离作用。机械剥离作用在去除氧化铁皮中起着很重要的作用。,（二）酸洗去皮法,（3）氢的还原作用产生的氢还能使不易溶解于酸的高价氧化铁及四氧化三铁还原成易溶解于酸的低价的氧化亚铁，从而加速线坯表面氧化铁皮的溶解，这种作用称为氢的还原作用。Fe3O4+2H=3FeO+H2O Fe2O3+2H=2FeO+H2O 氢也能把高价铁盐Fe2(SO4)3和FeCl3还原成溶于酸的低价铁盐FeSO4和FeCl2，这是氢的还原作用，使附加氧化铁皮上的残渣减少，使酸与氧化铁皮能更充分接触，从而加速酸洗过程。其还原过程如下：Fe2(SO4)3+2H=2FeSO4+H2SO4 FeCl3+H=FeCl

9、2+HCl,（二）酸洗去皮法,结论：酸洗时，氧化皮是由以下三种作用而被除去的：(1)酸的溶解作用，氧化铁皮与酸作用而被溶解，其中主要是FeO与酸发生反应而被溶解。(2)氢气的机械剥离作用，金属铁与酸作用生成的氢气剥落氧化铁皮。(3)氢的还原作用，生成的氢使高价的铁的氧化物和盐还原成易溶解于酸的低价亚铁及亚铁盐而被除去。,（二）酸洗去皮法,（1）浓度和温度对酸洗的影响硫酸硫酸浓度的影响：当硫酸浓度23%时，随浓度的增加，酸洗速度加快；当硫酸浓度23后，随浓度的增加，速度反而下降。(因为硫酸溶液在23时具有最高的氢离子浓度，硫酸浓度再增加时氢离子反而下降，氢离子的浓度将影响到酸洗作用的大小。)硫酸

10、温度的影响：随着温度的上升，酸洗速度加快，尤其是硫酸酸洗时更明显，故硫酸酸洗时主要采用升温来提高酸洗速度，当酸洗温度上升到60时，酸洗时间急剧减少。,2、影响酸洗速度的因素,（二）酸洗去皮法,盐酸盐酸浓度的影响：随着浓度的增大，酸洗速度也随着增快，提高盐酸浓度是提高酸洗速度的重要手段。盐酸温度的影响：温度升高能提高酸洗速度，但效果不及硫酸明显，且升温将产生大量的酸雾，既增加酸耗，又污染环境，所以对于盐酸一般不采用提高温度来提高酸洗速度。,（二）酸洗去皮法,（2）铁盐含量对酸洗的影响硫酸铁（FeSO4）FeSO4在硫酸溶液中的溶解度规律是：在温度不变时，随着H2SO4浓度的增大，FeSO4溶解度

11、下降；H2S04的浓度不变时，FeSO4的溶解度随着温度的升高先增后减，就会结晶出铁盐，沉积在钢丝表面，致使酸洗速度大大降低，并沾污钢丝表面。硫酸亚铁对酸洗速度的影响一般的规律是：硫酸的浓度为2022，不论含FeSO4多或少，酸洗速度均可达到最大值。硫酸的浓度从2022开始增大或减少，都会使酸洗速度明显降低，而且随着FeSO4含量的增加，温度越低，酸洗速度降低越多。氯化铁（FeCl2）在盐酸酸洗中，生成的铁盐FeCl2在盐酸中的溶解度较大，FeCl2含量的适当增大，有利于提高酸洗速度。,（二）酸洗去皮法,（3）酸洗类型对酸洗的影响盐酸VS硫酸铁的氧化物的溶解速度：盐酸硫酸铁在盐酸中的溶解速度：

12、盐酸硫酸（但是由于盐酸酸洗速度快，时间短，铁的溶解量比用硫酸酸洗时少得多。例如：例如浓度相同的盐酸和硫酸（10%），硫酸比盐酸溶解的铁量多11.5倍）盐酸酸洗钢丝表面质量较好，缺陷少。酸洗方式盐酸：溶解作用硫酸：机械剥离作用,（二）酸洗去皮法,（4）搅拌对酸洗的影响搅拌可加速酸洗速度。（一般操作时应把线盘架上下吊动，这样一方面可除去凝结在线坯表面的附着物及氢气泡，使线坯与酸液更好地接触；另一方面也可使酸洗液成分均匀。）,（5）其它因素对酸洗的影响钢中含碳量高，则其铁溶解量增多，冷加工后的钢丝，可加快铁溶解速度。,（二）酸洗去皮法,第三讲复习,1、酸洗原理的三个作用及各阶段的化学反应？2、采用硫

13、酸酸洗时最佳的浓度和温度？3、升温加速酸洗速度（例如硫酸酸洗），但盐酸酸洗时不能升温，为什么？,（1）硫酸溶液的配制第一种方法：公式法 式中：G工业浓硫酸的质量(t)d欲配制酸的密度（t/m3）A欲配制酸的百分比浓度（%）V糟内酸的体积(m3)S工业浓硫酸百分比浓度（%）,3、酸液的配制,（二）酸洗去皮法,例题：己知浓度为88%的工业浓硫酸，其密度为1.80 t/m3，用它配制10%(密度为1.066 t/m3)的酸洗液3 m3，问需要多少工业浓硫酸？解：,答：需要工业浓硫酸0.363吨。,注意：配制硫酸溶液时一定要先加水后硫酸，一般是先在槽中注入一半水，然后按上式计算出的硫酸量注入槽中，最后

14、注入水至欲配制的体积。,第二种方法：十字交叉法已知浓硫酸密度，以及欲配制酸液的百分比浓度和相应的密度，列出如下十字交叉法式子：分别按对角方向求出差值，即为酸与水的体积比。,（二）酸洗去皮法,例：已知浓度为88%的工业浓硫酸，其密度为1.80 t/m3，用它配制10%(密度为1.066 t/m3)的酸洗液3 m3，欲配制酸液高度为1.5米，问槽内先注水多少米高？,解：,浓硫酸与水的体积比（或高度比）为0.066：0.734，则槽内水高度=,则槽内加入的浓硫酸高度=1.5-1 376=0.124(m),（2）盐酸溶液的配制盐酸溶液一般采用新旧酸混合使用，在调换酸渡时，不要把酸液完全排掉，保留适量旧

15、酸于池中，一般保留原来的1/31/2，再加入新酸，配成所需浓度。因为直接使用新配制的20酸液化学反应很剧烈，酸洗速度较快，对钢基的腐蚀也较激烈，容易造成酸洗缺陷，且酸耗快，调换溶液的次数也比较频繁，费时费工。,（二）酸洗去皮法,（二）酸洗去皮法,4、工业用酸洗工艺（1）间歇式酸洗工艺（2）振动酸洗工艺（3）超声酸洗工艺（4）电解酸洗工艺,（1）间歇式酸洗工艺,把需酸洗的线坯成捆地穿置在特制的线架上，然后一架架地浸泡在酸洗槽中进行酸洗。这种方法生产效率高，同时可以对不同钢种和规格的线坯进行处理。目前国内各钢丝厂仍广泛采用。,（二）酸洗去皮法,（2）振动酸洗法,当使钢丝圈被激发振动时，此闭合空间被

16、振开，新鲜酸洗液很容易扩散进去。该装置有三个系统：A、工作系统：包括振动发生器、振动钩及线坯。它把强烈的振动传给线坯。B、弹簧系统：使线坯产生振动。C、防振系统：包括框架及防振弹簧，作用是防止振动传到设备基础及运输吊车上。,工作时应选择和调整振动器频率，使酸洗吊钩的冲击频率与线坯圈自身的振动频率相近，以便产生共振。在共振条件下可用小的能量达到良好的酸洗效果。,（二）酸洗去皮法,（3）超声波酸洗法,超声波是频率高于20000赫兹的声波(人来耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz)酸洗时间35分钟，并节约大量的酸。在连续作业中，超声波导体放在酸槽两侧或底部向溶液发射的超声波，以溶液中溶解的

17、气体为核心，产生无核气泡，声波每振动一次各气泡随之受一次膨胀和压缩作用，瞬间在溶液内将以很大的能量互相撞击，波能产生达500大气压逐点交替的负高压和正高压。于是使钢丝表面的氧化铁皮由酸疏松后，迅速而均匀地被清除掉。超声波还可以使残留在线坯表面凹坑内的固体污物除净。,（二）酸洗去皮法,（4）电解酸洗法,*基本方法：把有氧化铁皮的钢丝作为阴极或阳极，并与外加直流电源连接起来，依靠外电动势，加剧在酸液中的电化学反应，从而除去氧化铁皮。*特点：酸洗速度快，金属损耗多，表面质量好，同时酸洗的速度与电解液中酸的浓度及铁盐含量的变化关系很小。*主要方法：阳极法、阴极法、阴极阳极交替法。,（二）酸洗去皮法,（

18、1）氢脆由于氢扩散进入钢基体引起金属机械性能恶化的缺陷叫做“氢脆”。产生原因：钢丝酸洗时，由于酸液与金属基体的化学反应生成原子氢，这些原子氢一部分化合成氢分子，逸出槽外，另一部分原子氢向金属内部扩散，随着基体含氢量的增加将使钢的塑性急剧下降，拉拔时出现脆断。防止方法：主要是严格控制酸洗时间。尽量缩短酸洗时间；其次加缓蚀剂，减少产氢量,（二）酸洗去皮法,5.酸洗缺陷及防止方法,（2）欠酸洗欠酸洗是指钢丝表面氧化铁皮清除不净的缺陷。产生原因：酸洗时间过短，酸液的浓度或温度偏低引起的.酸洗过程中，盘条表面被高价铁盐包覆严重。欠酸洗还可能由于线坯在热处理时表面挂铅，或者线坯 表面有油污时引起的。防止方

19、法：1、采用适宜的酸洗温度（硫酸60,盐酸不采用升温）2、及时更换酸槽中的旧酸 3、酸洗过程中采用搅拌酸洗。（或者采用振动酸洗，超 声酸洗）,（二）酸洗去皮法,（3）点状腐蚀酸洗后钢丝表面有凹坑、麻点等腐蚀缺陷称为点状腐蚀（过酸洗）。*过酸洗产生后通常是无法清除的，严重的只能报废。产生原因：由于线坯在酸中浸渍时间过长，或酸液的浓度、温度过高引起的过酸洗。防止方法：严格控制工艺参数，按工艺制度进行酸洗。适量添加缓蚀剂可以较好地防止过洗。常用的缓蚀剂有LK45(用于硫酸酸洗)、LK46(用于盐酸酸洗)，同时缓蚀剂还有抑制酸雾的作用。其添加量一般控制在11.5之间。（缓蚀剂主要包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等）,（二）酸洗去皮法,（4）表面残渣 表面残渣(也叫黑灰)是指操作过程中的搅动使沉积物飘浮、沉积于线坯表面，或线坯所含有各合金元素的盐类在酸洗液中形成过饱和，从而在线坯表面结晶析出附在表面形成的。危害：(1)酸洗后残留在线坯表面上的铁盐是有害的，它会使酸洗过的线坯很快生锈。(2)当进行镀层处理时会降低镀层与钢基的结合强度，使镀层容易脱落而降低耐腐蚀性。防止方法：(1)加强酸洗后的水洗去除表面黑灰。(2)如酸液中铁盐含量过高，则应更换酸液。,（二）酸洗去皮法,第4讲 复习,1、工业用的四种酸洗工艺？2、简述四种酸洗工艺的工作过程？3、酸洗的常见缺陷？,