摘要：
酸洗是冷轧硅钢片生产的第一道工序，其产量的高低，质量的好坏，将直接影响硅钢的产量与质量。酸洗的主要目的是去除热轧来料外表面的氧化铁皮（俗称除鳞），使钢带具有一定的表面光洁度，为轧机提供优质原料。本文从氧化铁皮形成机理、氧化铁皮的结构、酸洗原理入手，结合现场生产实际，对硅钢浅槽紊流酸洗的工艺进行探索和研究，摸索关键工艺段铁盐含量与酸洗表面质量的关系。并希望以此为基础，提高硅钢各钢种酸洗表面质量，挖掘机组生产能力，以达到提高生产效率，降低生产损耗，提高产品性能的目的。 关键词：浅槽紊流式酸洗 氧化铁皮 酸洗原理 盐酸
1、前言
硅钢片是一种软磁材料，主要用来制造发电机、电动机和变压器的铁芯，在电力和电子工业中应用十分广泛。热轧后的硅钢片在进行冷轧之前必须经过酸洗来去除其表面的氧化铁皮。氧化铁皮是金属在加热、热处理或在热状态进行加工时形成的一层附着在金属表面上的金属
氧化铁皮的存在对于硅钢生产主要有以下危害：
若钢带表面带有氧化铁皮，轧制过程中会使轧辊产生表面缺陷，缩短轧辊寿命，增加辊耗。
若钢带表面带有氧化铁皮，经冷轧后会在钢带表面形成坑坑洼洼凹凸不平的缺陷，这不仅影响硅钢产品的表面质量，而且还会影响到硅钢的内在质量，严重的甚至会造成废品。
氧化铁皮会污染轧制油，降低轧制油的使用寿命增大消耗，造成经济损失。
若钢带表面带有氧化铁皮，涂层与钢带之间的附着力降低，使涂层质量变坏，影响到硅钢的绝缘性。
武钢自主开发生产的低温取向硅钢（含QRD、HRD钢），自2006年大规模生产以来，在酸洗工序存在难酸洗的现象，钢带表面存在严重的发红、发黑的情况，该钢种的酸洗工艺
一直处于摸索当中，未能形成稳定、成熟的酸洗工艺，酸洗表面质量不能得到绝对的保证。2007年以来武钢生产的W取向高牌号硅钢（特别是W10以上牌号）在酸洗工序酸洗后表面呈白并伴有白粉末附着，在轧钢工序轧制后表面呈现严重的条状黑，严重影响了该钢种的产品表面质量，对轧钢工序的轧制油也造成极大的污染。因此，摸索这几个硅钢钢种的酸洗工艺并结合有效的操作控制方法，成为了硅钢酸洗工序半成品质量攻关的重中之重。
2、氧化铁皮的形成机理
硅钢同其他钢铁产品一样，钢中的各种元素不可避免的要和空气中的氧气以及其他的氧化性介质水和水蒸汽等接触，发生氧化反应生成各种氧化物，尤其是钢中的铁原子和空气中的氧原子都是化学性质非常活泼的元素，更容易发生氧化反应，这种氧化反应的结果所生成的氧化物就是氧化铁皮，俗称铁鳞或铁锈。热轧硅钢带在加热、轧制及冷却过程中与空气接触的温度、时间等因素不同，钢带表面所生成的氧化铁皮的结构、厚度、性质也不一样。
硅钢板坯在热轧厂步进式连续加热炉中，加热温度高，一般达到1300℃—1360℃，加热时
间长，钢坯表面急剧氧化，出炉后在板坯表面可清楚地看到很厚的一层氧化铁皮，经大立辊的挤压以及高压水的猛烈冲洗，表面氧化铁皮急剧冷却，由于氧化铁皮的塑性低，在强大机械外力作用下几乎全部破碎脱落，但每经过一台轧机后，又很快生成很薄的一层新的氧化铁皮，经轧制后立即又被除掉，直至钢带从最后一台终轧机出来，虽然此时钢带温度仍有900℃左右，但钢带表面的氧化铁皮是极薄的。钢带从终轧机出来到卷取机中间约102米的输送辊道上不仅要同空气接触，而且还要与氧化性介质——冷却水接触，在表面生成一层氧化物，以及钢卷在550℃左右卷取之后，在运输和贮放的过程中还要继续发生氧化反应生成氧化铁皮，此阶段正是硅钢原料卷生成氧化铁皮的主要阶段。
在从终轧机出来的钢带表面上，铁原子首先与空气中的氧原子结合形成第一层氧化物，这层氧化物可能是致密的Fe3O4或者可能是比较疏松的FeO。在第一种情况下，氧化铁皮的进一步增长过程只靠氧和铁的离子扩散来进行的；在第二种情况下，空气中的氧可自由的通过多孔、疏松的氧化铁皮，而使氧化铁皮加厚和致密化。无论上哪种情况，最终结果就是形成了我们通常所见到的钢带表面的氧化铁皮。
当然，钢带表面上生成了一层氧化铁皮以后，氧和铁的离子扩散也受到了一定的阻碍，而
且，氧化铁皮越厚，离子扩散受到的阻碍就越大，生成氧化铁皮的速度也越慢，因此，氧化铁皮的长大速度是不均匀的，即开始时氧化铁皮的厚度增加得很快，之后氧化铁皮厚度的增加随着氧化铁皮的厚度增大而越来越慢。
3、氧化铁皮的组成和结构
钢带表面的氧化铁皮，由于钢的化学成分、轧制时钢带表面温度、轧制时的加热及终轧温度、冷却速度、周围介质的含氧量的不同，因此氧化铁皮的组成和结构也因之而异。
铁的氧化过程是Fe→FeO(含氧量23.26％) →Fe3点火O4 (含氧量27.64％) →Fe2O3（含氧量30.04％），在氧化过程中可以产生许多独立的相。这些相分别为铁与氧化物固溶体、FeO、Fe3O4、Fe2O3及氧化物固溶体。
在铁氧状态图中可以看出，各相在平衡状态下的稳定界限，还可以看出在温度大于575℃时，FeO是稳定的，在温度较低时分解为Fe3O4和Fe，其化学反应为：
4FeO == Fe3O4 + Fe
如果氧化铁皮在570℃-300℃之间急速冷却，那么FeO相来不及分解，在更低的温度时就被固定下来。在缓冷时氧化铁皮中FeO相只有少量存在或完全没有。当加热到大于1100℃，特别是氧含量有限、水蒸汽或碳的氧化物含量较高的情况下，Fe2O3将还原成Fe3O4，其化学反应为：
6Fe2O3==4Fe3女用站式小便器O4+O2
铁-氧状态图
钢带经高温处理后，在其表面产生的氧化铁皮是各种相的混合体。如果钢板表面氧化时温度大于570℃并有过量氧气，而随后又是相当快的冷却，则一般氧化铁皮将由3层组成，直接附着在钢铁表面的一层是FeO和Fe3O4固溶体，再上面一层是Fe3O4，最上面Fe2O3。由于热轧硅钢的终轧温度一般控制在900℃左右，周围介质含有大量的氧气，随后又是相当快的冷却速度，所以其氧化铁皮一般都是上述3层结构。硅钢中含有相当高的硅原子，也会与氧反应生成SiO2。同时，任何两种元素的原子，其扩散速度都是不等的。硅原子的扩散速度比铁原子慢得多，因此，它的氧化物多聚集在靠近基铁部分，形成氧化铁皮下的单独一层氧化物，这就给钢带的酸洗带来很大的困难。热流道热电偶
4、盐酸酸洗的原理
钢带表面上形成的氧化铁皮（FeO、Fe3O4、Fe2O3）都是不溶解于水的碱性氧化物，当把它们浸泡在酸液里或在其表面上喷洒酸液时，这些碱性氧化物就可与酸发生一系列化学变化。
由于氧化铁皮具有疏松、多孔和裂纹的性质，加之氧化铁皮在酸洗机组上随同钢带一起经过矫直、传送的反复弯曲和抛丸的击打，使这些孔隙裂缝进一步增加和扩大，所以，酸溶
液在与氧化铁皮起化学反应的同时，亦通过裂缝和孔隙而与钢铁的基体铁起反应。也就是说，在酸洗一开始就同时进行着3种氧化铁皮和金属铁与酸溶液之间的化学反应，所以，酸洗的机理可以概括为以下3个方面：
溶解作用
钢带表面氧化铁皮中各种铁的氧化物溶解于酸溶液内，生成可溶解于酸液的正铁及亚铁氯化物，从而把氧化铁皮从钢带表面除去。这种作用，一般叫溶解作用。其化学反应为：
Fe2O3+6HCl==2FeCl连杆机会3+3H2O
Fe3O4+8HCl==2FeCl3+FeCl2+4H2O
FeO+2HCl==FeCl2+H2O
机械剥离作用刺辊
钢带表面氧化铁皮中除铁的各种氧化物之外，还夹杂着部分的金属铁，而且氧化铁皮又具
有多孔性，那么酸溶液就可以通过氧化铁皮的孔隙和裂缝与氧化铁皮中的铁或基体铁作用，并相应产生大量的氢气。由这部氢气产生的膨胀压力，就可以把氧化铁皮从钢带表面上剥离下来。这种通过反应中产生氢气的膨胀压力把氧化铁皮剥离下来的作用，我们把它叫作机械剥离作用。其化学反应为：
Fe+2HCl==FeCl2+H2
据有关资料介绍，盐酸酸洗时，有33%的氧化铁皮是由机械剥离作用去除的。
还原作用
金属铁与酸反应时，首先产生氢原子。一部分氢原子相互结合成为氢分子，促使氧化铁皮的剥离。另一部分氢原子靠其化学活泼生及很强的还原能力，将高价铁的氧化物和高价铁盐还原成易溶于酸溶液的低价铁氧化物及低价铁盐。其化学反应为：
Fe2O3+2[H]==2FeO+H2O
Fe3O4+2[H]==3FeO+H2O
无边界网络
FeCl3+[H]==FeCl2+HCl
分析使用过的酸洗溶液会发现酸液中只含有极少量的三价铁离子（例如，在盐酸酸洗时，废酸中含二价铁离子120g/L，三价铁离子只有5-6g/L）。这是因为酸洗时生成的初生氢使三价铁的化合物还原成亚铁化合物。
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