刘玉堂
（重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司重庆 401122 ）
摘要针对带钢氧化铁皮处理技术中酸洗工艺存在的环境污染问题，总结分析了现行主流无酸处理技术的原理、结构及技术特点和各自的市场前景。 关键词氧化铁皮除鳞环保无酸除鳞
Technical Analysis of Acid-free descaling
Liu yutang
（CISDI R & D Co., Ltd.Chongqing, Chongqing 401122, China)
Abstract For the acid pickling process for steel strip oxide layer exists in the environmental pollution problems, summarizing and analyzing the current mainstream acid-free process principle, structure and technical characteristics and their market prospects.
Key words Iron scale Descaling Environment friendly Acid-free
1.概述
带钢在热轧生产过程中，由于带钢和空气中的氧发生化学反应，在表面会形 成一定厚度的氧化层，俗称氧化铁皮。终轧冷却后的带钢氧化铁皮一般由三层结
构组成，最上层为红的三氧化二铁（Fe
2O
3
），约占1%~2%，中间层为磁性四氧
化三铁（Fe
3O
4
）
，约占4%~18%，最下层的维氏体（主要是氧化亚铁FeO）约占80%~95%，
总体厚度一般为7.5~15µｍ，氧化铁皮以下为带钢基体[1]，其结构如图1所示：
图1热轧板的氧化铁皮结构
热轧带钢进行冷轧前，去除氧化铁皮（称为除鳞）是非常重要的工序，目的是清除带钢表面的氧化铁皮，防止氧化铁皮及杂质压入带钢基体，影响冷轧板表面质量及加工性能，以及损坏轧辊等。酸洗工艺是目前国内外普遍采用的除鳞技术，通过化学反应溶解带钢表面氧化铁皮的方法达到除鳞的目的。但是酸洗由于采用化学腐蚀的方法，不可避免的对环境带来一定的污染，并且设备防腐有高要
求；酸液排放或回收困难，处理成本高；同时酸洗容易造成除鳞不均匀，产生欠酸洗、过酸洗等缺陷，
金属损失大[2]。为此世界各国都为改进、提高除鳞工艺在进行研究和攻关，寻有效的新技术以替代酸洗工艺。
2.国内外无酸除鳞技术的发展概况
1)APO除鳞法
APO除鳞法是“铁粒摩擦除鳞法”的缩写, 这项除鳞工艺是前苏联发明的。其除鳞原理如下：带钢通过拉伸矫直机，使其表面氧化铁皮碎裂，然后带钢通过除鳞箱，装在除鳞箱中的铁粒依靠摩擦作用将带钢氧化铁皮清理干净。
前苏联与原西德共同开发研制出有三套APO装置的连续式除鳞机组，于1989 年在切列波维茨车钢铁厂试车投产，这是世界上第一套连续式机械除鳞装置，该装置的技术参数如表1[3]：
苯胺类化合物表1 APO除鳞机组参数
这种除鳞装置的优点是环保，能源消耗、操作维修成本和投资成本低，除鳞质量、环保、生产周期上都优于酸洗方式，但缺点是宽规格带钢除鳞质量不均匀，没有被广泛应用[4]。
2)等离子除鳞法
利用等离子体技术对钢材表面清洗是一种环保的新型技术，该方法作为一种无酸除鳞清洗方式，引起了广泛关注。
通常，该技术按工作环境分为常压等离子体和真空等离子体两种方式。常压等离子体是指在大气环境下的清洗技术，通过气体放电电离产生集中高速离子轰击物质的表面所达到的一种清洗效果。在半导体、电子器件、包装工业、纺织工业、汽车工业、医疗器械和精密机械等行业已成熟应用。真空等离子体则指在真空环境下的清洗技术，包括了物理过程和化学过程，主要途径由瞬时高能量将污染物蒸发，及在高能离子轰击下污染物脱离表面，还可使表面元素与气体产生化学反应，最终经真空系统抽除。
目前，真空等离子体技术是对冷态冶金产品进行清洗的有效方式，主要以真
空内电弧放电实现。将处理对象作为阴极，电弧放电会在阴极表面形成阴极斑点，产生大量金属蒸汽，这些金属蒸汽在真空电弧放电过程中被电离而形成等离子体。阴极斑点一方面在阴极表面烧蚀后
留下弧坑，清除了金属表面的氧化物和其它污染物，另一方面被清除的物质蒸汽具有一定高气压，而在真空中高速从表面扩散至周围空间，通过真空系统抽出，最终达到清洗钢材表面的效果。设备主要包括真空系统、供气系统、回收装置、放电系统、温控系统、监测系统等[5]。
这种技术不同于酸洗，不需要庞大的酸再生系统，对环境没有污染，同时产品的表面清洁度与质量稳定性均得以提高，是一种可替代酸洗的干洗技术，具有显著的环境效益，主要缺点是处理速度慢[6]。
3)高压喷砂除鳞法
高压喷砂除鳞法（NID）是日本石川岛播磨重工业公司从1973年起着手研究的。高压喷砂除鳞是将水加压至一定的压力，由除鳞喷嘴高速喷出，与供砂系统提供的砂浆高效混合，形成高能砂浆流，高速喷向带钢表面，借助高速砂浆流的打击、冲蚀和修磨作用，将带钢表面的氧化铁皮、杂质等清除干净，从而达到清理和暴露缺陷的目的[7]。
在国内，二十世纪九十年代初，长沙矿山研究院高压水射流研究所与湖南涟源钢铁集团公司五轧钢厂共同研制钢坯、圆钢冷态磨料水射流除鳞生产线，获得成功，为国内首创，达到世界领先水平。该生产线的研制成功，不仅使钢铁工业的圆钢和钢坯得到一种既好又省的除鳞方法，而且也为带钢、钢板、线材除鳞采用先进工艺提供经验。2006年湖南有重型机器有限责任公司与金川集团公司共同合作开展镍合金盘条无酸除鳞工艺与设备的研究，2008年3月设备投入生产，到2009年4月止，镍合金盘
条无酸除鳞生产线已连续正常运行1年多，设备可靠性、处理质量、产能和成本等各项指标都达到了要求。无酸除鳞技术在镍合金盘条加工生产线的成功应用，是金属加工生产工艺的革命，标志着我国首条镍合金盘条无酸除鳞生产线正式进入工业应用，成功取代酸洗，实现金属加工过程的清洁生产[8]。
此工艺除有喷嘴磨损严重，能耗高，且不易调整浆液浓度的缺点外, 有如下优点：
a)零排放，对环境无任何污染；
b)除鳞速度快、质量好，除鳞率99％以上，对不锈钢可省去表面研磨工序；波峰焊锡条
c)磨料及水循环利用，综合生产成本低；
d)厂房和设备无防腐要求；
e)自动化程度高、操作简便，安全可靠；
f)本技术对除鳞--冷轧的连续化有促进作用。
4)SCS除鳞法
电涌耐受能力SCS技术2001年在日本新日公司形成雏形，2003年在美国TMW（The Material Works）公司形成SCS智能飞行器技术
清洁推车
专利技术。它是在密闭的空间内，根据带钢厚度自动调节研磨辊辊缝，由研磨辊研磨洗刷掉运行中的钢板表面的氧化铁皮，仅保留最底层几微米厚的维氏体层（主要是FeO），并由循环过滤水冲洗掉研磨下来的氧化铁皮，最终形成约7微米厚的防锈层，避免了酸洗酸液挥发及排放带来的环境污染的弊端，其工作原理如图2所示。
图2 SCS工作原理图
根据以上原理组成的SCS单元结构如图3所示，内部结构如图4。
图3 SCS单元图
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图4 SCS单元内部结构
SCS单元的核心设备研磨机，是由一系列高速旋转的研磨辊组成，每个研磨辊实质上是一个由钢丝条刷环绕而成或是具有一定表面粗糙的特殊磨料的刷辊。研磨辊以与轧件运动相反的方向高速旋转，在板带的上下表面刷去氧化铁皮，刷掉的氧化铁皮由封闭的循环冷却水冲洗系统冲掉，研磨辊如图5：
图5 研磨辊
SCS单元是SCS生产线的核心设备，并与开巻机、切头剪、辊式矫直机、切边机、张力机架、干燥台、张力机架、巻取机等组成灵活可变的生产线，以满足不同需求的用户需要。
经SCS处理后的板卷不需做任何涂油处理，在常规情况下可保存4年不会生锈，便于储藏，图6为3年后也没有生锈实物照片。另一方面，SCS还可以对钢板修边、拉伸矫直、消除卷板的拉矫纹。
图 6 SCS处理钢板3年后的表面效果
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