周 旬，徐海衛(wèi)，鐘 聲，劉 朋，于 孟，吳秀鵬，魏連啟

（1.首鋼京唐鋼鐵有限公司，河北 唐山 063200；2.中國科學(xué)院過程工程研究所，北京 100080）

1 熱軋水系統(tǒng)概況

熱軋工序正常生產(chǎn)過程需大量用水，水系統(tǒng)波動(dòng)頻繁且十分復(fù)雜,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和設(shè)備的功能精度的維持有明顯影響。為系統(tǒng)了解水質(zhì)的影響，本文詳細(xì)跟蹤、實(shí)驗(yàn)和描述熱軋水質(zhì)的系列影響，然后針對(duì)性進(jìn)行控制改善，為穩(wěn)定高效生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

熱軋用水從水處理端分類，正常分為濁環(huán)水和凈環(huán)水兩部分。

圖1 熱軋凈環(huán)水和濁環(huán)水的處理流程圖

凈環(huán)水是生產(chǎn)過程中不與鋼材產(chǎn)品接觸的水，主要用于設(shè)備的冷卻和潤滑，其水質(zhì)穩(wěn)定，一般直接回用，形成閉環(huán)。濁環(huán)水是與鋼材和設(shè)備直接接觸的水，包括層流冷卻水，除鱗用水，以及用于帶鋼冷卻和軋輥冷卻的水等。由于濁環(huán)水和軋輥等設(shè)備、鋼材、潤滑油脂等接觸，水質(zhì)變化大，通常用完排放到水處理工序，處理后，繼續(xù)做為濁循環(huán)補(bǔ)充水，重新回濁環(huán)水系統(tǒng)[1]。

2 熱軋用水的影響分析

考慮熱軋水系統(tǒng)的水質(zhì)，通常需要考慮一下因素：①PH值：一般酸性水會(huì)加速腐蝕（PH＜6），中性和堿性水腐蝕很小。②Cl-：可以間接破壞鋼材表面的鈍化膜，降低鋼板本身的耐蝕性。③SO42-：和Cl-方式基本一致，存在一定程度腐蝕。④溶解氧：濃度增加對(duì)鋼材高溫下的腐蝕十分明顯。⑤懸浮物：一般只會(huì)堵塞，隔絕鋼材和空氣的接觸，本質(zhì)上不加劇腐蝕。凈環(huán)水的主要污染物一般有：Cl-、SO42-和溶解氧等。

2.1 酸根離子的影響

針對(duì)工業(yè)用水，海水淡化水等不同來源的水,碳鋼的腐蝕行為差距明顯。碳鋼在純凈水中放置，表面僅有少量的腐蝕斑點(diǎn)。不同質(zhì)量濃度SO42-溶液中的腐蝕速率不一樣，在高純水中碳鋼的腐蝕速率很低[2-4]；隨著SO42-濃度增加，碳鋼腐蝕明顯加快，SO4

2-濃度為50μg/L時(shí)就對(duì)碳鋼腐蝕具有明顯的加速作用；當(dāng)SO4

2-質(zhì)量濃度達(dá)到200μg/L時(shí)，就已經(jīng)有很明顯的緩蝕效果。碳鋼在Cl-中存在腐蝕，Cl-離子半徑很小，腐蝕性極強(qiáng)，溶液導(dǎo)電性增加，鐵失去電子，優(yōu)先形成點(diǎn)腐蝕，當(dāng)溶液中存在高濃度、高導(dǎo)電的FeCl2時(shí)，pH值下降，加劇腐蝕。Cl-濃度小于100μg/L時(shí)，碳鋼表面僅有少量銹斑；正常水中Cl-含量約500μg/L，此時(shí)，有輕微的腐蝕，碳鋼表面會(huì)逐漸受到輕微腐蝕，但是腐蝕速率很低，程度很淺。鋼在Cl-中的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)很復(fù)雜，Cl-優(yōu)先會(huì)和鐵氧化物生成α-FeOOH，γ-FeOOH等，此類羥基化合物疏松多孔，對(duì)基體不具備保護(hù)能力，關(guān)鍵是疏松多孔后。酸性水更容易侵蝕基體，增加腐蝕的嚴(yán)重程度。

圖2 各鋼鐵企業(yè)層冷段腐蝕程度對(duì)比圖

如圖2所示，因?yàn)楣驹诤＿?，大量使用淡化海水，如?所示，使用海水淡化的濁環(huán)水中的Cl-常年維持在150μg/L～250μg/L，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。而梅鋼，寶鋼身處內(nèi)陸的鋼材，因?yàn)槭褂盟蠧l-濃度小，設(shè)備腐蝕相對(duì)輕微的多。腐蝕及其嚴(yán)重。公司制定了指標(biāo)，為抑制對(duì)帶鋼表面質(zhì)量的影響，要求濁環(huán)水中Cl-濃度標(biāo)準(zhǔn)小于500μg/L。

表1 熱軋工序水質(zhì)實(shí)測(cè)表

濁環(huán)水的污染物包括軋輥氧化剝落的產(chǎn)物，潤滑油脂，粉碎的帶鋼的氧化鐵皮等，這些產(chǎn)物被沖進(jìn)水中，經(jīng)過污水系統(tǒng)簡單處理回用。

2.2 pH值的影響分析

濁環(huán)水的pH值大小對(duì)鋼材表面的影響是必然的，酸性溶液容易導(dǎo)致Fe基化合物的電化學(xué)反應(yīng)過程，pH值的大小直接可以影響氧化反應(yīng)的過程，進(jìn)一步影響氧化層的結(jié)構(gòu)和厚度。

水中的pH值的減小，陰極過程比如那是氫離子的還原過程，pH值越小，其還原過程的驅(qū)動(dòng)力就越大。pH值很小，熱態(tài)鋼板在酸性水內(nèi)，腐蝕速度越大，這是因?yàn)樵谒嵝匀芤簝?nèi)，鐵的腐蝕主要是由H+充當(dāng)去極化劑引起的。Cl-濃度增加，則Cl-在與OH-的競爭中取得優(yōu)勢(shì)，Cl-破壞了OH-對(duì)電極表面的保護(hù)，腐蝕進(jìn)一步加劇。通常，現(xiàn)場的pH值指標(biāo)定在7.5～8.8范圍內(nèi)，保持中性或者中性偏堿的水質(zhì)中，可有效抑制鋼材的化學(xué)反應(yīng)。

2.3 溶解氧的影響分析

如圖3所示，溶解氧濃度不容是，腐蝕速率有明顯變化。當(dāng)溶解氧為0.10mg/L時(shí)，腐蝕速率0.045mm/a，當(dāng)溶解氧為0.05mg/L時(shí)，腐蝕速率降至0.028mm/a，無明顯局部腐蝕?？梢姮F(xiàn)場嚴(yán)格控制溶解氧含量能夠有效控制腐蝕。目前大部分鋼鐵企業(yè)不關(guān)注溶解氧，這在后期需要進(jìn)一步推進(jìn)。

2.4 懸浮物的影響分析

懸浮物包括兩個(gè)部分，一部分是油污，另一部分是鋼板和鋼鐵產(chǎn)品表面氧化磨碎的產(chǎn)物。

圖3 腐蝕速率和水中溶解氧含量的關(guān)系

油污在熱軋高溫時(shí)，在帶鋼表面呈現(xiàn)沸騰態(tài)，這種沸騰態(tài)影響水的聚集和擴(kuò)散。很容易影響帶鋼的冷卻均勻性。當(dāng)帶鋼表面溫度不均勻時(shí)，會(huì)印象軋輥的溫度均勻性，最終導(dǎo)致軋輥氧化程度不一，局部薄局部厚，先后剝落不一致，形成帶鋼表面嚴(yán)重的色差缺陷。

熱軋過程，粗軋、精軋和卷取工序的平輥和立輥都需要潤滑，保證減小軋制負(fù)荷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省電能，減少磨損。潤滑油的存在依然是導(dǎo)致水冷卻不均勻，最終和帶鋼一樣，使得軋輥表面氧化程度嚴(yán)重不同，最終導(dǎo)致局部的剝落，在帶鋼表面形成不規(guī)則的深淺不一的無規(guī)律壓入[5，6]。如果粗軋和精軋前機(jī)架出現(xiàn)氧化膜的剝落，形成的氧化鐵皮缺陷，在后機(jī)架被碾碎后壓入，形成典型的軋輥系氧化鐵皮。將懸浮物控制在8mg/L以下可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行。

3 結(jié)論

臨海鋼鐵企業(yè)熱軋?jiān)O(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重，主要是Cl，PH值和溶解O的影響，將熱軋使用水質(zhì)中的Cl-濃度控制在250mg/L以下，將PH值控制在7.5～8.3，溶解氧控制在0.10mg/L以下，將懸浮物控制小于8mg/L，可以控制淡化海水和工業(yè)水對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。