摘 要：碳素鋼絲熱軋線材作為鋼絲拉拔的主要原料，其表面氧化皮主要由FeO、Fe3O4、Fe2O3組成。線材表面氧化皮在拉拔前要去除，去除方法有：機械法、化學法、電解酸洗法。其中，機械法包括反復彎曲法、噴丸處理法、組合式處理法等；化學法包括鹽酸酸洗法、硫酸酸洗法、超聲波酸洗法；電解酸洗法分為陰極法、陽極法、陽極陰極交替法。酸洗缺陷如氫脆、欠酸洗、過酸洗、表面殘渣的產(chǎn)生原因及防止方法。最后介紹了氧化皮去除中的環(huán)境保護：氧化皮的回收利用，含酸廢水的處理，酸氣的回收。

關鍵詞：拉絲 碳素鋼絲 氧化皮 表面準備 環(huán)境保護

中圖分類號：TG356 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-03

鋼絲生產(chǎn)是以熱軋線材為原料，經(jīng)過表面準備、熱處理、拉拔、鍍（涂、包覆）層等四大主要工序加工而成。按成品鋼絲的不同需要，可能還需進行扒皮、磨光等輔助工序[1]。表面準備的任務和主要目的是去除氧化皮和涂覆潤滑載體。線材表面氧化皮的存在會造成鋼絲表面缺陷和模具過早損壞，甚至會阻塞模孔，致使拉拔斷裂，因此在拉拔前要去除線材表面氧化皮。去除線材表面氧化皮是鋼絲拉拔前是非常重要的工序。

1 碳素鋼熱軋線材表面氧化皮組成

碳素鋼熱軋線材的表面氧化皮大體由3層組成：貼近鋼基體的內(nèi)層是氧化亞鐵（FeO） ，厚度約10-2mm，在酸中最易溶解。中間層是四氧化三鐵，厚度約10-4～10-3mm，在酸中較少溶解。最外層是三氧化二鐵（Fe2O3），厚度約10-5mm，在熱的濃硫酸中也幾乎不溶解。整個氧化鐵皮的厚度一般在0.01～0.02mm，最厚不超過0.07mm。除了熱軋氧化鐵皮，若盤條露天裸放，會形成含水三氧化二鐵（Fe2O3·nH2O），即黃銹。

2 碳素鋼線材表面氧化皮的去除方法

碳素鋼線材表面氧化皮的去除方法有：機械法、化學法、電解酸洗法[2]。

2.1 機械法

機械法包括：反復彎曲法、噴丸處理法、組合式處理法等。

機械法去氧化鐵皮最大的優(yōu)點是無公害，占地少，又不會發(fā)生氫脆，生產(chǎn)成本較低。

機械法僅適用于中低碳鋼絲，很難徹底清除合金鋼絲的氧化皮。

2.1.1 反復彎曲法

這種方法是使熱軋盤條連續(xù)通過不同方向的彎曲時，因彎曲而造成盤條表面的反復延伸和壓縮促成表面鐵皮疏松剝落，用此法只能除去盤條表面氧化皮量的80%左右，剩余的氧化皮必須經(jīng)酸洗或其他機械方法除去。生產(chǎn)上用此法處理后的盤條再經(jīng)酸洗，能大大縮短酸洗時間，降低酸耗和防止過酸洗。

反復彎曲法主要考慮：彎曲輥輥徑、彎曲輥布置形式、盤條與輥輪間的包角、牽引力。

2.1.2 噴丸處理法

噴丸處理的作用原理是由高速旋轉的摔輪將金屬彈丸高速地射向盤條表面，靠金屬彈丸的動能打碎鐵皮并除去。

噴丸處理法的效率與去皮效果取決于摔輪的性能。摔輪的轉速要求在2000～4000r/min。摔輪要求布置在不同方位上，使射向鋼絲表面的彈丸能形成均一的扇形面，為此在彈丸拋射處應設置導板并附有彈丸和鐵皮的回收分離器。噴丸處理鋼絲的線速度按其碳量、氧化鐵皮性質、盤條尺寸等不同一般在2～l00m/min。盤條噴丸前應預先進行矯直。

2.1.3 組合式處理法

組合式處理法是指幾種機械去皮裝置聯(lián)合組成一套完整的去皮機，如反復彎曲+鋼絲刷機械去鐵皮、反復彎曲+噴砂機械去皮。

2.1.4 機械法去除氧化皮質量的判斷

根據(jù)盤條的顏色，判斷氧化皮去除情況。盤條顏色呈青灰色表示除銹干凈，呈黑色表示除銹不凈，呈花黑色表示線材有斑點，沒有剝清。

氧化皮去除不凈的原因：線材本身質量不佳，如線材表面有凹坑；線材在軋制時，因冷卻不當造成表面氧化層致密，不易剝落下來；盤條儲運不當，如表面有黃銹、油污等，使除銹效果不佳。

2.2 化學法

化學法包括：鹽酸酸洗法、硫酸酸洗法、超聲波酸洗法。

化學法使用效果最好，成本也比較低，但污染環(huán)境，廢棄物要進行環(huán)保處理。

2.2.1 鹽酸酸洗法、硫酸酸洗法的酸洗原理

（1）酸的溶解作用：氧化皮與酸作用而被溶解，其中主要是FeO與酸發(fā)生反應而被溶解。

（2）氫氣的機械剝離作用：金屬鐵與酸作用生成的氫氣剝落氧化皮。

（3）氫的還原作用：生成的氫使高價的鐵的氧化物和鐵鹽還原成易溶解于酸的低價亞鐵及亞鐵鹽而被除去。

2.2.2 影響酸洗速度的因素

（1）濃度對酸洗的影響。

硫酸濃度的影響：當硫酸濃度≤23%時，隨濃度的增加，酸洗速度加快；當硫酸濃度>23%后，隨濃度的增加，酸洗速度下降。

鹽酸濃度的影響：隨著濃度的增大，酸洗速度也隨之增快。提高鹽酸濃度是提高酸洗速度的重要手段。

（2）溫度對酸洗的影響。

硫酸溫度的影響：隨著溫度的上升，酸洗速度加快。當酸洗溫度上升到60℃時，酸洗時間急劇減少，注意防止過酸洗。硫酸酸洗時主要采用升溫來提高酸洗速度。

鹽酸溫度的影響：溫度升高能提高酸洗速度。溫度升高將產(chǎn)生大量的鹽酸酸霧，既增加鹽酸消耗，又污染環(huán)境，所以一般不采用提高鹽酸溫度來提高酸洗速度。

（3）鐵鹽含量對酸洗的影響。

硫酸酸洗中，生成的鐵鹽主要以FeSO4形成存在。當溶液中FeSO4含量超過溶解度時，就會結晶出鐵鹽，沉積在鋼絲表面，致使酸洗速度大大降低，并沾污鋼絲表面。

鹽酸酸洗中，生成的鐵鹽FeCl2在鹽酸中的溶解度較大，F(xiàn)eCl2含量的適當增大，有利于提高酸洗速度。

（4）酸洗類型對酸洗的影響。

硫酸酸洗主要靠氫氣的機械剝離作用去除氧化皮。

鹽酸酸洗，濃度較高的鹽酸溶液主要是靠溶解作用除去氧化皮。鹽酸酸洗鋼絲表面質量較好，缺陷少。鹽酸酸洗速度比硫酸酸洗速度快得多。

（5）攪拌對酸洗的影響。

攪拌可加速酸洗速度。

（6）其他因素對酸洗的影響。

鋼中含碳量高，則其鐵溶解速度增大；冷加工后的鋼絲，表面應力不均勻，可加快鐵溶解速度；表面光滑的鋼絲與酸液的接觸面較小，溶解速度較慢[3]。

2.2.3 超聲波酸洗法

在連續(xù)作業(yè)中，使用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波。超聲波導體放在酸槽兩側或底部向溶液發(fā)射超聲波，以溶液中溶解的氣體為核心，產(chǎn)生無核氣泡，聲波每振動一次各氣泡隨之受一次膨脹和壓縮作用，瞬間在溶液內(nèi)將以很大的能量互相撞擊，波能產(chǎn)生達500大氣壓逐點交替的負高壓和正高壓。于是使鋼絲表面的氧化皮由酸疏松后，迅速而均勻地被清除掉。同時超聲波作用還可以使殘留在線坯表面凹坑內(nèi)的固體污物除凈。

超聲波酸洗的主要優(yōu)點：可以用低濃度的酸液進行酸洗；可降低酸液的使用溫度；能縮短酸洗時間，提高酸洗效率；可以利用弱酸進行酸洗；由于降低了酸液的溫度和濃度，減輕了酸液的揮發(fā)，使酸洗帶來的污染環(huán)境的程度有所緩和。

2.3 電解酸洗法

電解酸洗的基本方法就是把有氧化皮的鋼絲作為陰極或陽極，并與外加直流電源連接起來，依靠外電動勢，加劇在酸液中的電化學反應，從而除去氧化皮。

電解酸洗的特點是酸洗速度快，金屬損耗多，表面質量好，同時酸洗的速度與電解液中酸的濃度及鐵鹽含量的變化關系很小。電解酸洗通常用在連續(xù)生產(chǎn)線上。

電解酸洗法分：陰極法、陽極法、陽極陰極交替法。

（1）陰極法。

在硫酸液中，把鋼絲接電源負極作為陰極，以鉛極或含銻6%～10%鉛合金極接電源正極作為陽極。該法缺點是鋼絲產(chǎn)生氫脆的可能性較大。

（2）陽極法。

在硫酸液中，鋼絲為陽極，陰極為鉛極或鐵極。該法的優(yōu)點是可避免鋼絲產(chǎn)生氫脆，缺點是鋼絲易產(chǎn)生過腐蝕及表面有殘渣。

（3）陽極陰極交替法。

該法不需要鋼絲接外電源，在各個絕緣隔開的槽內(nèi)放置鉛板，鉛板間隔接外電源正負極，則相應槽內(nèi)鋼絲為負正極。這種方法避免了鋼絲與導電輥接觸時由于在較高的電流密度下被燒灼的危害。該法可采用較大的電流密度，并且具有陰極和陽極法的優(yōu)點。

3 酸洗缺陷及防止方法

3.1 氫脆

由于氫擴散進入鋼基體引起金屬機械性能惡化的缺陷叫作“氫脆”。

產(chǎn)生“氫脆”原因：鋼絲酸洗時，由于酸液與金屬基體的化學反應生成原子氫，這些新生的原子氫一部分化合成氫分子，逸出槽外，另一部分原子氫向金屬內(nèi)部擴散，隨著基體含氫量的增加將使鋼的塑性急劇下降，拉拔時出現(xiàn)脆斷。

防止鋼絲“氫脆”的方法：主要是嚴格控制酸洗時間。

3.2 欠酸洗

酸洗后鋼絲表面氧化鐵皮清除不凈的缺陷叫作欠酸洗。

產(chǎn)生欠酸洗原因：酸洗時間過短，酸液的濃度或溫度偏低引起的。欠酸洗還可能由于鋼絲在熱處理時表面掛鉛，或者鋼絲表面有油污時引起的。

防止方法：嚴格遵守酸洗工藝進行操作。在鉛淬火時加以控制掛鉛現(xiàn)象，或者酸洗前應注意除掉油污。在酸洗過程中，如發(fā)現(xiàn)欠酸洗可依據(jù)具體情況進行二次酸洗，但二次酸洗時間要掌握好，以防造成過酸洗。

3.3 過酸洗

酸洗后鋼絲表面有凹坑、麻點等腐蝕缺陷叫作過酸洗。過酸洗影響拉拔后鋼絲的表面質量及其機械性能。過酸洗產(chǎn)生后通常是無法清除的，嚴重的過酸洗線材只能報廢。

產(chǎn)生原因：由于鋼絲在酸中浸漬時間過長，或酸液的濃度、溫度過高。

防止方法：嚴格控制工藝參數(shù)，按工藝制度進行酸洗。適量添加緩蝕劑可以較好地防止過酸洗。

3.4 表面殘渣

表面殘渣是指操作過程中的攪動使沉積物飄浮沉積于鋼絲表面，或鋼絲所含合金元素的鹽類在酸洗液中達到過飽和狀態(tài)結晶析出附著在鋼絲表面。

酸洗后殘留在鋼絲表面上的鐵鹽是有害的。常用加強酸洗后的水洗去除表面殘渣。如酸液中鐵鹽含量過高，則應及時更換酸液。

4 氧化皮去除中的環(huán)境保護

4.1 氧化皮的回收利用

（1）氧化皮生產(chǎn)海綿鐵。

可以用煤粉還原氧化皮，生產(chǎn)出鐵含量高含雜質量低且成分穩(wěn)定的海綿鐵。

（2）氧化皮制取還原鐵粉。

氧化皮被還原成含鐵98%以上的海綿鐵，經(jīng)清渣、破碎、篩分磁選后，進行精還原，生產(chǎn)出合格的還原鐵粉，然后進入球磨機細磨，經(jīng)分級篩得到不同粒度的高純度鐵粉。

（3）氧化皮用作燒結輔助料或煉鋼助熔化渣劑。

在燒結混合料中配加氧化皮，一方面由于氧化皮相對粒度較大從而改善了燒結料層的透氣性；另一方面氧化皮在燒結過程中放熱從而降低了固體燃料消耗。

氧化鐵皮用在煉鋼中作為助熔化渣劑，能夠提高煉鋼效率，延長轉爐爐體的使用壽命。

4.2 含酸廢水的處理

最常用的方法是利用酸堿中和法，用石灰水與廢酸液進行中和處理。

4.3 酸氣的回收

（1）凈化回收。

常用的凈化回收有網(wǎng)格式和噴淋式兩種。

網(wǎng)格式凈化回收是容器內(nèi)帶有多層用塑料紡織的網(wǎng)格的凈化回收裝置。酸霧通過時，經(jīng)反復撞擊，酸霧結成液滴而落下，從而將酸氣給予回收。

噴淋式凈化回收是用塑料圓筒，筒內(nèi)中部篩板裝有許多填料，以起到增大接觸面積的作用。當酸霧進入塔內(nèi)緩緩上升，受到循環(huán)水噴淋，將酸氣給予回收。

（2）酸氣中和。

酸氣中和是把酸霧引入堿水池中，用石灰水將酸氣中和。

參考文獻

[1] 張學輝，王鴻利.鋼絲生產(chǎn)概述[J].科技資訊，2018，16（12）： 117-119.

[2] 董琦，張學輝.鋼絲生產(chǎn)工藝及設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[3] 徐效謙，陰紹芬.特殊鋼鋼絲[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.