CN109161908B - 钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明为钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺及其设备，其步骤包括配制盐酸和三氯化铁混合溶液作为酸洗液；将待处理的钢材浸没至酸洗液中进行酸洗；在酸洗过程中往酸洗液中投加补充剂；酸洗完成后将钢件取出。设备包括以下部件：酸洗浸泡槽，用于进行钢材的酸洗；补充剂槽，用于储存补充剂；泵浦，所述泵浦的入液口与补充剂槽相连，出液口与酸洗浸泡槽相连，泵浦的开关由自动检测投控机控制；自动检测投控机，其中包括至少一个控制器，通过电信号与泵浦相连接控制泵浦的开关。本工艺在通过使用三氯化铁溶液代替部分盐酸进行钢材的表面腐蚀，有效降低酸雾污染。

Description

钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺及其设备
技术领域
本发明涉及钢材除锈酸洗工艺，特别涉及一种钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺。
背景技术
酸洗是指利用酸洗液去除钢铁表面上的氧化层(主成分为氧化亚铁、四氧化三铁和三氧化二铁)和锈蚀物等杂质的清洁方法。在钢材的表面加工前常常需要酸洗来进行表面除杂预处理。现有的酸洗工艺常用的酸洗液为浓盐酸。钢材的酸洗液有两个作用，其中一个是除去钢材表面的氧化层(即铁锈)，另外一个是对钢材的表面发生微腐蚀反应刷新表面。
酸洗液除去氧化层时发生如下反应：
FeO+2HCl→FeCl2+H2O
Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
Fe3O4+6HCl→2FeCl3+FeCl2+4H2O
虽然盐酸与氧化层中的四氧化三铁、三氧化二铁反应的产物FeCl3会与钢铁表面的铁发生氧化还原反应，在酸洗刷新过程中起辅助作用。但由于酸洗液中的FeCl3的含量很少，因此此反应的反应量也非常小。
Fe+2FeCl3→3FeCl2
对钢材以微腐蚀的形式刷新表面的主要反应发生如下：
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑
但目前的钢材除锈酸洗生产工艺中由于配制的酸洗液中盐酸浓度高，而基于工件投放浸泡便利的考虑，设计的酸洗浸泡槽开口尺寸必须足够大，故在生产过程中不可避免的出现大量挥发性酸雾。而酸雾除了直接影响工作人员的健康和造成设备的损耗外，如果排至大气中还会造成酸沉降对农作物及其他动植物的生存带来不良影响。另外酸洗液中的盐酸和铁反应会生产氢气，，一部分氢气逸出，由于氢气是可燃气体逸出会带来生产安全隐患；另一部分氢气则扩散到钢基体中，致使钢材的力学性能降低，并可能造成酸洗气泡等缺陷，对于生产过程中产生的挥发性酸雾，可以通过在酸洗浸泡槽周边安装酸雾吸收处理装置来减少酸雾，但由于酸洗浸泡槽开口大，故效果甚微，仍然不能避免酸雾逸出。
发明内容
本发明的目的提供一种钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺，此工艺能高效完成除锈处理的同时还能降低生产成本和减少酸雾和氢气逸出；从而达到在满足生产效率和品质要求的情况下，有效降低酸雾污染，使除锈酸洗生产更为绿色环保。
本发明的第二个目的是提供采用钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺的设备。
解决本发明第一个目的所采用的技术方案是：
一种钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺，包括以下步骤：
1)配制盐酸和三氯化铁混合溶液作为酸洗液；
2)将待处理的钢材浸没至酸洗液中进行酸洗；
3)在酸洗过程中往酸洗液中投加补充剂；
4)酸洗完成后将钢件取出。
所述酸洗液中按质量百分比计算，包括：
氯化氢 0.01-38％；
三氯化铁 0.01-84％；
H20 余量；
所述补充剂的成分含有盐酸、三氯化铁、氧化剂和水中的至少一种。
本发明在钢材的酸洗工艺中，对钢材除锈的反应原理与现有技术相同。而在微腐蚀刷新钢材表面方面，本发明采用的是以FeCl3代替HCl作为主要反应成分，在相同酸洗速度的情况下降低酸洗液的盐酸浓度，
其反应式从
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑(主反应)
Fe+2FeCl3→3FeCl2(副反应)
变为
Fe+2FeCl3→3FeCl2(主反应)
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑(副反应)
其原因在于：
1)Fe3+的氧化性高于H+，故FeCl3与金属铁的化学反应速率高于盐酸与金属铁的反应速率。使用FeCl3作为钢件表面微腐蚀刷新的主要化学反应成分，能够在降低酸雾的前提下有效节省生产时间并提高生产效率。
2)使用FeCl3取代现有酸洗液中的部分HCl作为钢件表面微腐蚀刷新的主要反应成分，能够在保证同等除锈酸洗工艺质量的情况下减少酸洗液中的HCl含量。
3)使用FeCl3取代现有酸洗液中的部分HCl作为钢件表面微腐蚀刷新的主要反应成分，能有效减少了微腐蚀化学反应的氢气产生量，尽可能地克服现有技术中大量氢气逸出的安全隐患问题以及有可能给钢材材质造成的不良影响。
为了保持钢件表面微腐蚀速度的稳定性，需要维持酸洗液中FeCl3的浓度稳定。可在有充足盐酸的情况下向酸洗液中投入氧化剂使FeCl2再生为FeCl3，也可以直接投入含有FeCl3的溶液来补充酸洗液中被消耗掉的FeCl3，从而维持原工艺设定的除锈酸洗工作效率和酸洗质量。
本发明所使用的三氯化铁既可为三氯化铁化工原料，也可由铁的氧化盐和/或碳酸盐与盐酸和/或氧化剂反应制得，或者是上述两者的混合物。
优选的，本发明所述补充剂中的氧化剂包括氯酸钠、高氯酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、过碳酸钠、双氧水和氧气中的至少一种。
本发明中，补充剂中盐酸是为了保持酸洗液的酸度，三氯化铁是为了保持酸洗液中Fe3+的浓度；氧化剂是为了保持酸洗液的氧化性；水是为了保持酸洗液中各成分的浓度以及调整比重。
酸洗液中，FeCl2与氧化剂的反应离子通式为：
2Fe2++[O]+2H+→2Fe3++H2O
当氧化剂为高氯酸钠时：
8FeCl2+NaClO4+8HCl→8FeCl3+NaCl+4H2O
当氧化剂为氯酸钠时：
6FeCl2+NaClO3+6HCl→6FeCl3+NaCl+3H2O
当氧化剂为亚氯酸钠时：
4FeCl2+NaCO2+4HCl→4FeCl3+NaCl+2H2O
当氧化剂为次氯酸钠时：
2FeCl2+NaClO+2HCl→2FeCl3+NaCl+H2O
当氧化剂为过碳酸钠时：
6FeCl2+2Na2CO3·3H2O2+10HCl→6FeCl3+4NaCl+8H2O+2CO2↑
当氧化剂为双氧水时：
2FeCl2+H2O2+2HCl→2FeCl3+2H2O
当氧化剂为氧气时：
4FeCl2+O2+4HCl→4FeCl3+2H2O。
补充剂的投放由人工根据生产情况定时定量投放或自动检测投控机根据酸洗液测定的工艺参数值和/或使用时间程序控制来投放相应种类和数量的补充剂。
所述工艺参数为酸洗液中的酸度、氧化还原电位和比重中的至少一个。
其中酸度的范围为 0.005M-12M；
氧化还原电位的范围为 250-800mV；
而比重则需要根据工艺设计的酸洗液成分配比配制酸洗液后测得其比重值，然后再根据此测定值在自动检测投控机设置合适的比重参数控制值来进行生产投料控制。
当补充剂的投放是通过实时检测酸洗液中的工艺参数控制时(可择一或多个参数同时使用)，可通过使用自动检测投控机相应的工艺参数传感器浸入酸洗液中进行工艺参数值的采集检测，根据工艺要求在自动检测投控机上进行各参数设定，令其在酸洗过程中自动依据酸洗液的工艺各参数变化实时地作加投一种或多种补充剂，使整个除锈酸洗过程都能按照原设计的工艺要求确保酸洗液的酸洗除锈能力。
当工艺参数为酸度时，随着被投入到酸洗液中处理的钢件数量不断增加，酸洗液中的部分盐酸被消耗，导致酸洗液的酸度越来越低。当机器检测得到酸洗液酸度低于工艺所设定的酸度参数值时，自动检测投控机会自动控制泵浦将盐酸和/或盐酸与FeCl3的混合水溶液加投补充到酸洗液中以维持酸洗液的酸度。
当工艺参数为氧化还原电位时，随着被投入到酸洗液中处理的钢件数量不断增加，酸洗液中的FeCl3不断地变为FeCl2，使酸洗液的氧化还原电位降低。当机器检测得到酸洗液的氧化还原电位数值低于其所设定的参数值时，自动检测投控机会自动控制泵浦将氧化剂和/或FeCl3和/或盐酸与FeCl3的混合溶液加投补充到酸洗液中以维持原工艺设定的酸洗液氧化还原电位数值。
当工艺参数为比重参数时，随着被投入到酸洗液中处理的钢件数量不断增加，酸洗液中的铁离子(二价、三价)浓度也不断增加，酸洗液的比重也不断上升，可能出现过饱和现象从而产生沉淀导致影响生产。当机器所检测到的酸洗液比重大于其所设定参数值时，自动检测投控机自动控制泵浦将清水和/或盐酸和/或盐酸与三氯化铁的混合溶液加投补充到酸洗液中以稀释酸洗液，避免产生沉淀。
当使用时间程序控制方式时，依照经验在自动检测投控机上设置时间程序控制程式，令投料泵浦在酸洗作业过程中按照工艺设计的时间程序控制加投各补充剂到酸洗液中，从而维持原酸洗液的各个工艺参数值，确保维持原来的酸洗性能和效果。与上述的工艺参数设置检测方法对比，使用此时间程序控制投料方式可以节省一个或多个传感器的设备成本。
加投料时间间隔的长短和加投量的大小是按照生产情况、生产质量和生产安全的经验数据来定的。随着酸洗生产的进行，酸洗液中的有效成分会被消耗，酸洗速度就会变低。那么为了保持酸洗液的酸洗能能稳定，酸洗量越大，加投补充剂的时间间隔就会短。通常来讲，设定投加的时间点就是酸洗速度降到具体生产标准要求可容忍的范围内(由于生产标准是因各企业或者各产品的不同而不同，故具体的时间范围需要根据实际情况确定)。而所加投的量是依据补加后酸洗液各成分浓度达到设定值的经验数据来设定的。
优选的，所述在酸洗液和/或补充剂中包括氯化钠和/或氯化铵，其添加量为0.001-33wt％。氯化钠和/或氯化铵能有效运用同离子效应原理，增加氯离子来加速除锈酸洗的化学反应。
本发明的第二个目的可以通过以下技术方案解决：
一种应用前述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，包括以下部件：
至少一个酸洗浸泡槽，用于进行钢材的酸洗；
至少一个补充剂槽，用于储存补充剂；
至少一个泵浦，所述泵浦的入液口与补充剂槽相连，出液口与酸洗浸泡槽相连，泵浦的开关由自动检测投控机控制；
至少一台自动检测投控机，其中包括至少一个控制器，通过电信号与泵浦相连接控制泵浦的开关。
每种不同的补充剂分别独立储存于不同的补充剂槽中。
优选的，所述控制器为继电器式控制执行系统和/或可编程逻辑控制(PLC)执行系统。
优选的，所述自动检测投控机进一步包括至少一个工艺参数传感器，对酸洗浸泡槽中的液体进行工艺参数检测并将测得的工艺参数反馈给所述控制器，使所述控制器更准确地控制执行。
其中，工艺参数传感器包括酸度工艺参数传感器、氧化还原电位工艺参数传感器、比重工艺参数传感器中的至少一种。
所述控制器可单独作为时间程序开环式的工艺控制系统使用和/或配合工艺参数传感器作为闭环式的控制系统使用。
优选的，所述酸洗浸泡槽中装有溢流口。
在酸洗过程中，酸洗液因不断加投补充剂导致体积增大时，可通过溢流口将溢出的酸洗液输送到溢出液暂存槽中储存。
优选的，所述酸洗浸泡池中装有液位计。
在钢件酸洗过程中通过液位计检测酸洗浸泡槽中酸洗液的体积并以此为根据及时加投补充剂，防止钢件从酸洗浸泡槽中取出时带出过多酸洗液导致浸泡容器中酸洗液体积过少；保证钢件受到完全浸泡。
优选的，所述酸洗浸泡池中设有液体循环搅拌设备，为管道液体循环回流装置和/或旋桨式搅拌器；
所述管道液体循环回流装置由泵浦和管道组成，其管道的入液口、出液口均置于酸洗浸泡槽中；并在管道中间设置泵浦，由泵浦驱动酸洗液在酸洗浸泡槽循环回流。
液体循环搅拌设备能使得酸洗液各组分均匀分布，减少聚集；从而有效提高自动检测投控机取样检测数据的准确性，确保生产工序的正常运行。
本发明的有益效果是：
1)本发明除锈酸洗环保工艺采用三氯化铁溶液代替盐酸进行钢材的表面微腐蚀，不但能够保证除锈酸洗工艺的质量，甚至能取得更好的工艺质量，而且还能有效地减少酸洗液中的盐酸用量，从而节约大量的盐酸，降低生产成本。
2)本发明的除锈酸洗环保工艺能够使用更少的盐酸量实现相同的酸洗效果，因此能大大减少酸雾污染、减少氢气产生的安全隐患。
3)本工艺可通过使用自动检测投控机检测并控制酸洗液的工艺参数，减少工人的操作量，稳定提高酸洗产品质量。
附图说明
图1为本发明实施例2-6所用的整体设备示意图；
图2为本发明实施例7-8所用的整体设备示意图；
图3为本发明实施例9-13所用的整体设备示意图；
图4为本发明实施例14所用的整体设备示意图。
在图中：1为自动检测投控机；2为酸洗浸泡槽；3为补充剂槽；4为泵浦；5为溢出液暂存槽；C为控制；D为检测。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
在下述的实施例和比较例中，所使用的三氯化铁为广州化学试剂厂生产的FeCl3；所使用的氯化钠为广州化学试剂厂生产的NaCl(≥99.0％)；所使用的氯化铵为广州化学试剂厂生产的NH4Cl；所使用的盐酸为广州化学试剂厂生产的盐酸溶液；所使用的双氧水为广州化学试剂厂生产的50％H2O2；所使用的氯酸钠为广州化学试剂厂生产的NaClO3(≥99.0％)；所使用的高氯酸钠为福州一化集团生产的高氯酸钠；所使用的亚氯酸钠为新宇生物生产的亚氯酸钠；所使用的次氯酸钠为广州化学试剂厂生产的次氯酸钠；所使用的过碳酸钠为博浩源牌过碳酸钠；所使用的氧气为哈密昱鑫气体生产的压缩氧气。使用的自动检测控制机为广州市业高化工有限公司生产的自动检测控制机；使用的泵浦的功率为20千瓦。
除上述列举的之外，本领域技术人员根据常规选择，也可以选择其它具有与本发明列举的上述产品具有相似性能的产品，均可以实现本发明的目的。
在本发明中，其酸洗速度的计算方式如下
Figure GDA0001889393110000101
其中，m酸洗前为酸洗件酸洗前的重量/g，m酸洗后为酸洗件酸洗后的重量/g，t为酸洗时间/min，A为酸洗的表面积/m2。(下同)
在实施例1中，并不使用自动检测投控机，且全程为人工操作并仅使用酸洗槽和补充剂槽，且酸洗槽和补充剂槽为独立放置，两者之间并无任何连接关系。
从实施例2开始至实施例14，均使用自动检测投控机1操作，具体的设备连接方式可参考附图。
在实施例2-6所使用的设备中，酸洗浸泡槽2中设有管道液体循环回流装置、溢流口、液位计，自动检测投控机1有继电器式控制执行系统。
在实施例7-8中，自动检测投控机1中同时有继电器式控制执行系统和工艺参数传感器。其中，实施例7的自动检测投控机有一个继电器式控制执行系统和一个工艺参数传感器，实施例8的自动检测投控机有三个继电器式控制执行系统和三个工艺参数传感器。
在实施例9-13中，酸洗浸泡槽2中设有旋桨式搅拌器、溢流口、液位计。
在实施例9、10、13中使用的自动检测投控机1同时具有PLC执行系统和工艺参数传感器。其中，实施例9的自动检测投控机有一个PLC执行系统和两个工艺参数传感器，实施例10的自动检测投控机有一个PLC执行系统和三个工艺参数传感器，实施例13的自动检测投控机有一个PLC执行系统和一个工艺参数传感器
在实施例11中使用的自动检测投控机1同时有三个继电器式控制执行系统和两个工艺参数传感器。
在实施例12中使用的自动检测投控机1同时有一个PLC执行系统和一个继电器式控制执行系统和两个工艺参数传感器。
在实施例14中，酸洗浸泡槽2中设有管道液体循环回流装置和旋桨式搅拌器、溢流口、液位计；使用的自动检测投控机1有PLC执行系统。
实施例1
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块124X78mm，正反表面用火焰烧至黑色后的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗浸泡槽中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出，酸洗过程中每隔10分钟手动往酸洗液中投加200ml补充剂1；
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例2
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用自动检测投控机1通过时间程序控制补充液的加投，当达到表1和表2指定的间隔时间设定值时，自动开启耐酸泵浦4控制在补充液槽3中抽取补充液加投200ml补充剂1；溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例3-5
试验方法与实施例2相同，其区别在于酸洗液和/或补充液的成分和配合、酸洗时的工作温度有不同，详见表1和表2.
酸洗后的金属表面观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例6
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用自动检测投控机1通过时间程序控制补充液的加投，当达到表1和表2指定的间隔时间设定值时，自动开启耐酸泵加投200ml补充剂1和3ml补充剂3；溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例7
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用自动检测投控机1对酸洗液的比重进行检测，当检测到酸洗液比重高于表1和表2指定的比重设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂1和补充剂3，各补充剂独立的放置在不同的补充液槽3中。
实施例8
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用自动检测投控机1对酸洗液的酸度、氧化还原电位和比重进行检测，当检测到酸洗液酸度低于表1和表2指定的酸度设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂1，当检测到酸洗液氧化还原电位低于表1和表2指定的氧化还原电位设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂2，当检测到酸洗液比重高于表1和表2指定的比重设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂3，各补充剂独立的放置在不同的补充液槽3中。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例9
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用自动检测投控机1对酸洗液的酸度和氧化还原电位进行检测，当检测到酸洗液酸度低于表1和表2指定的酸度设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂1和补充剂3，当检测到酸洗液氧化还原电位低于表1和表2指定的氧化还原电位设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂2。各补充剂独立的放置在不同的补充液槽3中。
溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例10
试验方法与实施例8相同，其区别在于酸洗液和/或补充液的成分和配合、酸洗时的工作温度有不同，详见表1和表2.
酸洗后的金属表面观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例11
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
使用设有时间程序控制的自动检测投控机1对酸洗液的氧化还原电位进行检测，当检测到酸洗液酸度低于表1和表2指定的酸度设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂2，当达到表1和表2指定的间隔时间设定值时自动开启耐酸泵控制加投10ml补充剂3，各补充剂独立的放置在不同的补充液槽3中。
溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例12
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
在酸洗浸泡槽2旁设置压缩氧气瓶，将氧气瓶的出气管口置于酸洗液面下，使用自动检测投控机1对酸洗液的酸度和氧化还原电位进行检测，当检测到酸洗液酸度低于表1和表2指定的酸度设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂1，当检测到酸洗液氧化还原电位低于表1和表2指定的氧化还原电位设定值时自动开启耐酸泵加投补充剂2和开启氧气瓶出气管的气阀。各补充剂独立的放置在不同的补充液槽3中。
溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例13
1)根据表1和表2中所列举的成分和配比，将各原料混合，得到所使用的酸洗液和补充剂。
2)将2L的酸洗液倒入酸洗浸泡槽2中，并将酸洗液的温度调节至表1和表2中所表示的工作温度。
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出；
在酸洗浸泡槽2旁设置压缩氧气瓶，将氧气瓶的出气管口置于酸洗液面下，使用自动检测投控机1对酸洗液的氧化还原电位进行检测，当检测到酸洗液氧化还原电位低于表1和表2指定的氧化还原电位设定值时自动开启耐酸泵浦4加投补充剂2和开启氧气瓶出气管的气阀。
溢出的酸洗液通过溢流口流向溢出液暂存槽5中储存。
4)对不锈钢板使用清水冲洗表面附上的残余酸洗液，然后热风吹干至恒重后称量其重量；观察酸洗后的金属表面并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
实施例14
试验方法与实施例3-7相同，其区别在于酸洗液和/或补充液的成分和配合、酸洗时的工作温度有不同，详见表1和表2.
酸洗后的金属表面观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
比较例1
1)根据表1和表2指定的酸洗液和补充剂各成分配比将各原料混合，得到酸洗液和补充剂；
2)将2L酸洗液倒入酸洗浸泡槽中，并将酸洗液调至表1和表2指定的工作温度；
3)将5块规格为124×78mm、双面用火烧至黑色的不锈钢板称重后轮流浸没至酸洗液中进行酸洗，每块不锈钢板酸洗时间为5分钟，酸洗完成后从酸洗液中取出，酸洗过程中每隔10分钟手动往酸洗液中投加200ml补充剂；
4)用清水对不锈钢板进行冲洗，热风吹干后进行称重，观察酸洗后的金属表面，并根据式1计算酸洗速度，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
比较例2-3
比较例2-3的各组分含量以及酸洗工作温度参见下表1和表2所列，重复比较例1的方法。
按照式1进行酸洗速度计算，将观察结果和酸洗速度平均值记录于表3。
表1
Figure GDA0001889393110000181
Figure GDA0001889393110000191
Figure GDA0001889393110000201
表2
Figure GDA0001889393110000202
Figure GDA0001889393110000211
表3
Figure GDA0001889393110000212
Figure GDA0001889393110000221
Figure GDA0001889393110000231
根据表1-表3中的数据显示，酸洗液中酸的浓度高低是酸洗过程中环境污染的最重要原因，酸洗液中酸的浓度越高，酸洗过程中散发出的酸雾越多，随着工作温度的增加，酸雾的挥发和氢气的生成越加严重。比较例1-3的酸洗液配方均为现有技术中的常见配方，所有实施例的酸洗速度都高于比较例1和比较例2，且所有实施例中酸洗后金属面的情况与比较例没有区别。
将比较例1与实施例13比较，两者的酸洗液中酸浓度相同，但比较例1的酸洗速度为1.12g·min-1m-2，低于实施例13的酸洗速度1.95g·min-1m-2。也就是说，本发明的酸洗液能够在酸浓度相同的基础上提高酸洗速度，从而缩短酸洗的时间，减少环境的污染。
比较例2和3配方的酸洗液在常温下的酸洗速度较慢，通常加温到80℃使用。然而如比较例3所示，该配方加热到50℃时就有大量气泡和强烈气味散发出来。相比之下，本发明实施例6的酸洗速度高于比较例3，且仅有少量的烟雾和气味，大大改善了酸洗过程中的环境污染。
以本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制盐酸、三氯化铁、氯化钠和/或氯化铵的混合溶液作为酸洗液；
2)将待处理的钢材浸没至酸洗液中进行酸洗；
3)在酸洗过程中往酸洗液中投加补充剂，根据检测酸洗液中的工艺参数和/或酸洗工作时间控制投放补充剂的种类和数量，以使整个除锈酸洗过程都能按照原设计的工艺要求确保酸洗液的酸洗除锈能力；
4)酸洗完成后将钢件取出；
所述酸洗液中按质量百分比计算，包括：
氯化氢 0.01-38％；
三氯化铁 0.01-1％或20-84％；
氯化钠和/或氯化铵0.001-33wt％；
水 余量；
所述补充剂的成分含有盐酸、三氯化铁、氯化钠和/或氯化铵、氧化剂和水中的至少一种，其中，氯化钠和/或氯化铵添加量为0.001-33wt％；
所述氧化剂包括氯酸钠、高氯酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、过碳酸钠、双氧水和氧气中的至少一种；
所述工艺参数为酸洗液中的酸度、氧化还原电位和比重中的至少一个。
2.一种钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制盐酸、三氯化铁、氯化钠和/或氯化铵的混合溶液作为酸洗液；
2)将待处理的钢材浸没至酸洗液中进行酸洗；
3)在酸洗过程中往酸洗液中投加补充剂，根据检测酸洗液中的工艺参数和/或酸洗工作时间控制投放补充剂的种类和数量，以使整个除锈酸洗过程都能按照原设计的工艺要求确保酸洗液的酸洗除锈能力；
4)酸洗完成后将钢件取出；
所述酸洗液中按质量百分比计算，包括：
氯化氢 0.01-5％或36-38％；
三氯化铁0.01-84％；
氯化钠和/或氯化铵0.001-33wt％；
水 余量；
所述补充剂的成分含有盐酸、三氯化铁、氯化钠和/或氯化铵、氧化剂和水中的至少一种，其中，氯化钠和/或氯化铵添加量为0.001-33wt％；
所述氧化剂包括氯酸钠、高氯酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、过碳酸钠、双氧水和氧气中的至少一种；
所述工艺参数为酸洗液中的酸度、氧化还原电位和比重中的至少一个。
3.根据权利要求1或2任一所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染的环保工艺，其特征在于所述工艺参数中的数值范围为：
酸度： 0.005M-12M
氧化还原电位: 250-800mV。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，其特征在于，包括以下部件：
至少一个酸洗浸泡槽，用于进行钢材的酸洗；
至少一个补充剂槽，用于储存补充剂；
至少一个泵浦，所述泵浦的入液口与补充剂槽相连，出液口与酸洗浸泡槽相连，泵浦的开关由自动检测投控机控制；
至少一台自动检测投控机，其中包括至少一个控制器，所述的控制器为继电器式控制执行系统和/或可编程逻辑控制执行系统，通过电信号与泵浦相连接控制泵浦的开关；
所述的自动检测投控机还包括至少一个工艺参数传感器，对酸洗浸泡槽中的液体进行工艺参数检测并将测得的工艺参数值反馈给相应控制器，其中，所述工艺参数传感器包括酸度工艺参数传感器、氧化还原电位工艺参数传感器、比重工艺参数传感器中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，其特征在于：所述酸洗浸泡槽中装有溢流口。
6.根据权利要求5所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，其特征在于：所述酸洗浸泡池中装有液位计。
7.根据权利要求4-6任一所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，其特征在于：所述酸洗浸泡池中设有液体循环搅拌设备。
8.根据权利要求7所述的钢材除锈酸洗过程中减少酸雾污染环保工艺的设备，其特征在于：所述循环搅拌设备为管道液体循环回流装置和/或旋桨式搅拌器；所述管道液体循环回流装置由泵浦和管道组成，其管道的入液口、出液口均置于酸洗浸泡槽中；并在管道中间设置泵浦，由泵浦驱动酸洗液在酸洗浸泡槽循环回流。
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