鋼管酸洗培訓教材

2022-06-12 17:33:05 字數 4505 閱讀 5906

● 影響酸洗的因素

鋼材在硫酸溶液中酸洗時,由於鋼材的鐵基體和鐵的各種氧化物都同硫酸溶液起化學反應,因此影響酸洗的因素是比較多的。歸納起來,影響酸洗過程進行速度的因素主要有如下幾個方面。

一硫酸溶液的濃度對酸洗速度的影響

硫酸溶液的濃度時影響酸洗速度的主要因素之一,如圖一所示。酸洗時硫酸溶液的濃度由5%增加到25%時,酸洗速度提高一倍,這時酸洗時間最短。如果濃度繼續增加(超過25%),酸洗速度反而下降。

當硫酸溶液濃度過高時,硫酸的氧化和鈍化性質增強,鋼坯表面生成的鈍化薄膜,阻礙酸與金屬鐵繼續作用,酸洗時間增加。當硫酸溶液濃度接近57%時,鋼材料表面完全鈍化,金屬鐵停止溶解。

在實際生產中各種鋼坯,鋼材都在5~20%的硫酸溶液裡進行酸洗,酸液的最高濃度不超過22%。酸液濃度過低,也會降低酸洗質量,造成欠酸洗,並降低酸洗能力。

二硫酸溶液的溫度對酸洗速度的影響

硫酸溶液的溫度對酸洗速度的影響比濃度對酸洗速度的影響要大的很多,由圖二可看出:當溫度由16℃時,溫度只公升高2.3倍,酸洗速度卻提高14倍,由濃度與酸洗速度的關係圖可看出,當硫酸濃度由5%增加到25%時,濃度增加了5倍,而酸洗速度只提高一倍。

在實際生產中,酸洗溫度控制在45~80℃.當硫酸溶液濃度降低時,可用提高溶液溫度的辦法來提高酸洗速度。但當溫度過高時,硫酸與鋼中的鐵作用劇烈,容易造成酸洗氫脆缺陷,並且酸液蒸發量過大會惡化工作環境。

三硫酸亞鐵含量對酸洗速度的影響

在酸洗過程中,隨著鋼中的鐵及氧化鐵皮的溶解,溶液濃度逐漸降低,而硫酸亞鐵含量不斷增加,使酸洗速度減慢。硫酸亞鐵含量對酸洗速度的影響見表:

硫酸溶液濃度為5%時硫酸亞鐵含量對酸洗時間的影響

硫酸亞鐵含量(克/公升酸洗時間(分)

10.44 78

27.84 190

55.68305

由於硫酸亞鐵在硫酸溶液中的溶解度有一定限度,當溶液中的硫酸亞鐵含量超過了它的溶解度時,硫酸亞鐵大量的積聚在鋼坯表面,從而使酸洗速度急劇下降。另外,殘留在鋼材表面的硫酸亞鐵頁較難沖洗乾淨,影響表面缺陷的清理。當硫酸濃度下降到5%以下,硫酸亞鐵含量達到300~350克/公升應該更換酸洗液。

四硫酸溶液攪動對酸洗速度的影響

攪動酸液能加速溶液迴圈,使鋼材附近的溶液不斷更新,從而提高鋼材的酸洗速度。

攪動溶液,使氧更容易在酸液中溶解,而溶液裡含氧量增加,能更加快鐵的溶解,從而提高酸洗速度。

鋼材酸洗時產生的氫氣和加熱時產生的蒸汽,都能起攪動溶液的作用。在酸洗槽上安裝酸洗搖動機,或用吊車將裝有鋼材的料筐反覆在酸洗池中起落,也能起攪動作用。

但攪動對於難溶層的fe2o3和fe3o4幾乎不顯示影響,而對疏鬆多孔的feo層的酸洗速度有顯著提高(feo佔全部氧化鐵皮總量的50%)。

此外,由於酸溶液的流動,使溶液變得不均勻了,並可使蒸汽不至於停滯在酸洗物件的表面,(因氣泡會使這些區域性表面酸洗不好),從而提高酸洗質量。

五緩蝕劑的影響

在酸液中加入緩衝劑可降低鋼材基體在酸液中的溶解,並可阻止氫從酸液中逸出,改善工作條件。

六氧化鐵皮本身的影響

鋼材表面的氧化鐵皮性質對酸洗的速度和質量是有較大影響的。氧化鐵皮的結構,厚度,性質不同,酸液對其的溶解速度也不一樣。

氧化鐵皮各層中含氧量少的那一層,溶解速度快,feo的溶解速度最快,fe2o3溶解就困難,fe3o4也是如此。

合金鋼的氧化鐵皮除了feo, fe3o4, fe2o3外,還含有合金元素的氧化物,如cr3mo鋼的氧化鐵皮裡就含有鉻和鉬的氧化物,這些氧化物很難或不溶於硫酸溶液。因此是酸洗速度變慢,延長酸洗時間。

某些高合金鋼,如1cr18ni9ti不鏽鋼的氧化鐵皮根本不溶於單一的酸溶液中,因此,對這類的鋼材都採用混合酸液酸洗。

氧化鐵皮的結構對酸洗速度的影響也是比較大的。如果氧化鐵皮比較疏鬆和有裂縫或孔隙,在酸洗時,酸液極易透過氧化鐵皮鋼材的鐵基體起反應,產生大量的氫氣,加快了酸洗過程中的機械剝離作用,因而酸洗速度快些。反之,當氧化鐵皮緻密,裂縫或孔隙較少時,酸洗速度則慢些。

氧化鐵皮厚度及均勻性對酸洗過程的影響也比較明顯,氧化鐵皮越厚,則酸洗時間越長;氧化鐵皮不均勻,在整個酸洗過程中,薄的氧化鐵皮很快就被除掉,而厚的氧化鐵皮則需要很長時間才能除掉,這樣就易於造成過酸洗或欠酸洗。因此,在酸洗過程中,對鋼材表面上的氧化鐵皮厚度及均勻性,要予以足夠的重視。

七鋼的化學成分和組織的影響

在硫酸溶液裡進行酸洗的鋼材大部分是碳素鋼和部分合金鋼。對於碳鋼,其含碳量越高,則鋼材的鐵基體溶解速度越快。

酸洗時,鋼的組織結構對鋼材的鐵基體溶解速度也有明顯的影響。鋼的組織不均勻,含有大量的夾雜物,也能加速鋼材鐵基體的溶解。

此外,表面粗糙的鋼材在酸洗過程中,鋼材的鐵基體溶解速度要比表面光滑的快一些。

鋼材的規格及長度對酸洗液有影響。一般說,直徑大,長度較長的鋼材酸洗時間應相應長些。

二硫酸溶液的調配

濃硫酸是一種強氧化性酸。純硫酸時無色透明的液體,比重1.84,沸點330℃,可以任意量溶解於水,並放出大量熱量。

由於濃硫酸(75%以上)對鐵器腐蝕作用很小,一般可用鋼鐵容器儲存和運輸。

鋼材酸洗時,一般要在5~25%的硫酸溶液裡進行,因此需要把濃硫酸按要求配製或適合酸洗的溶液(一般為12~18%)。同時,在酸洗過程中,隨著酸洗液的消耗,酸溶液濃度將不斷下降,硫酸亞鐵含量將不斷增加。當酸液的硫酸濃度已下降到最低的允許值,而亞鐵含量還沒有達到最高允許值時,為使酸液恢復酸洗能力,就需要對酸液進行調整。

生產中為了便於配製酸液和調整酸液,一般皆使用硫酸比重和濃度之間的關係見表(一)。只要比重計測出硫酸的比重,就可以從表中查出濃度。

(一) 硫酸酸洗溶液的配製

酸洗液可用下式配製

v11)

式中d----濃硫酸溶液的比重;

c1---濃硫酸的濃度(75%的濃度,c1=75)

c2---需配製的酸洗溶液濃度;

v1---配製,公尺3濃度為c2(重量百分數)的硫酸溶液所需要的濃硫酸體積數,公尺3

如果用所需配製的酸液體積表示,則(1)式為:

v1=v22)

式中,v2----需配製的酸洗溶液的體積數,公尺3。

為了在酸洗槽裡配酸方便,可用酸液在酸洗槽裡的高度表示酸液的體積:

h13)

h24)

式中v2------需要配製濃度為c2(重量百分數)的硫酸溶液的體積數,公尺3。

d-------硫酸溶液的比重;

c1------濃硫酸溶液其比重為d時的重量百分濃度;

c2------需配製的硫酸溶液的重量百分濃度;

l ------酸洗槽的有效長度,公尺;

b-------酸洗槽的有效寬度,公尺;

h1------在配製體積為v2(公尺3)的硫酸溶液時需加入酸槽內的濃硫酸高度,公尺;

h2------配製體積為v2(公尺3)的硫酸溶液時需在硫酸槽內預先加入水的高度,公尺。

具體配製時,可先在槽內放入(4)式中計算的水量,然後把濃硫酸緩緩倒入酸洗槽內,直至液面公升到計算高度為止,經化驗無誤後,即可使用。

為便於參考,將某廠的硫酸溶液的配製列於下表。

配製1公尺3硫酸酸洗溶液所需濃硫酸的數量

(二) 硫酸酸洗溶液的調整

在生產過程中,由於酸液的不斷消耗,硫酸亞鐵的含量不斷增高,酸洗槽內的酸液成分不斷發生變化。當硫酸濃度降到7-8%以下,而硫酸亞鐵卻低於150克/公升時,就需要加入適量的新酸,使硫酸溶液滑過鋼材酸洗時對酸濃度的要求,如果酸液中的硫酸亞鐵含量﹥150克/公升時,儘管酸液濃度較低,在生產中一般不在加入新酸,以免造成過多的酸液浪費。

當硫酸溶液的濃度降到﹤5%,而硫酸亞鐵含量高於300~350克/公升時,可把酸洗液報廢,排掉,重新配置酸洗液。

在生產過程中,為了經常了解酸洗液的變化情況,以便於酸洗工人正確的掌握酸洗制度。大多數酸洗車間都設有化驗室,保證每天化驗一次,並把各槽的化驗結果及時公布,作為酸洗工人正確操作(控制)酸洗溫度,酸洗時間,酸洗調整,報廢酸液的依據。

有的生產車間,為了提高酸洗的自動化程度,在酸洗槽上還安裝了酸洗時間記錄儀,自動控制溫度儀和酸液濃度測量計,利用這些儀表記錄鋼材在酸洗槽裡的酸洗時間,控制酸洗溫度始終保持在一定範圍內,隨時測量酸洗液的濃度,這樣可以大大改善酸洗工人的操作條件,減輕酸洗工人的強度,並未提高酸洗質量創造了好條件。

(三) 酸溶液的加熱

硫酸酸洗時,通常有兩種加熱方法,即石墨熱交換器間接加熱酸溶液和蒸汽直接加熱。石墨熱交換器加熱酸溶液,雖然也是通入蒸汽來進行交換以間接加熱酸溶液,但它不存在蒸汽冷凝水稀釋酸溶液的問題,這是它的優點。但這種加熱方法需要一定的裝置,又要維修較麻煩。

蒸汽直接加熱具有費用少,不要裝置,管理方便等優點。但這種方法也有不可忽視的弱點,就是蒸汽冷凝水稀釋酸溶液濃度而不利於酸洗,同時使廢酸大量增加,導致廢酸**不過來而失調,使廢酸過剩,甚至於排掉,增加酸的消耗。此外,還產生大量的酸汽跑出,惡化工作環境,腐蝕車間及行車的鋼結構。

三酸洗的缺陷

酸洗的氫脆性,欠酸洗,過酸洗及殘留黑渣是鋼材在酸洗過程中的主要缺陷。下面分別介紹:

1 酸洗氫脆性

酸洗時氫氣除了對氧化鐵皮由剝離作用外,還要向鋼材基體內部擴散,並在雜質或氣孔中聚集,導致內應力增加,降低鋼的塑性,增加鋼的脆性,這種現象稱為氫脆。氫脆主要受氫原子擴散速度的影響。而氫的擴散速度與下列因素有關

1) 氫原子在硫酸溶液中的擴散速度比在鹽酸溶液中的擴散速度高;

2) 隨著酸洗速度的公升高,氫的擴散速度急劇提高,而增加酸液濃度,氫的擴散速度提高並不快,因此最好不要在低濃度高溫下酸洗;

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