浅析常化酸洗机组酸系统硅垢去除的研究与应用

摘要  本文以常化酸洗机组的酸洗系统为研究对象，依据酸系统的特性及相关机理，结合现场出现的问题，制定相应的设备系统优化和改造升级方案，消除了原系统在应用中存在的不足。从而破解了硅泥对酸洗系统效率降低的困局，最终达到提高产品质量和机组运行稳定性的目的，进而降低了机组运行的费效比，使得常化酸洗能够经济稳定运行。

关键词  酸系统，电工钢，紊流，硅泥，碱洗

前言

由于电工钢含硅量高，导致酸系统中积存了大量硅泥、硅垢，无法有效排出。如何消除硅泥及硅垢对酸洗系统的影响成为常化酸洗必须解决的难题。通过分析紊流酸洗的工艺特点，设备结构，确定了变频紊流酸洗是对硅泥、硅垢非常敏感的一种酸洗系统。依据硅泥的物理特性阐述了硅泥形成硅垢的机理，确定了硅泥和硅垢是通过形成较多颗粒物来影响工艺介质状态来影响紊流酸洗系统的过程。通过合理的改进措施，对酸碱和在线脱硅系统进行针对性的改进和补充，通过这些有效的措施极大缓解了硅泥使得酸洗系统降效的问题。

1  变频紊流酸洗的工艺特性

1.1在酸洗槽中，酸液的流动方向与带钢的运行方向是相反的，当带钢运动起来时，如果没有大的紊流效果，由于分子间作用力的影响，反应层和临界层只是变薄，而不能消除。紊流能迅速去除凝聚在带钢表面的附着物及氢气泡，使酸液与钢材表面能很好地接触。

1.2酸槽内的紊流度对酸液与钢板之间的传热与传质的能力很大，酸液流量对酸槽内的紊流度和传热能力影响变频紊流酸洗过程中，增加酸槽内的酸液循环量可以提高带钢表面的酸液流速，使酸液在带钢表面形成紊流。紊流可以促进钢板表面酸和化学反应物的扩散速度，通过促进扩散使接触带钢表面的酸液不断更新，带钢表面急剧升温，加速氧化铁皮与酸的反应，从而大大缩短酸洗时间。其变频紊流酸洗是通过变频技术控制酸液流量，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。

2  设备结构简述

变频紊流酸洗采用了更窄的酸洗槽并有内外盖，有效的减少了酸洗液挥发，加强了槽子内酸液的紊流效果，并保证带钢在任何速度下都能浸没在酸液中，酸槽的两侧还设有三个侧喷口。由于酸液能力的增强，取消了每个酸槽出入口的下喷梁。为能通过加大酸液的流量以保证强的紊流效果，循环回路上采用了大孔大功率石墨换热器。在循环罐上采用了大功率的带过滤器的立式离心泵。因为三个酸洗槽内的酸液相互独立，为了实现循环酸储罐间的酸液的流动，通过酸洗罐位置的高差和液位的不同，实现了自然梯流式。

3  硅泥对机组的危害分析

硅泥是硅钢酸洗的必然产物，钢材中的高硅含量是导致带钢表面氧化皮中的硅含量增加，这种高硅含量的氧化皮溶解到酸洗液中，使得酸洗液中的硅含量也相应的增加。对酸液中固体颗粒的含量及硅泥粒度分析可知：酸液中含有大量的细固体无定型SiO2颗粒。硅泥中的固体颗粒的直径多数在μm，部分粒子经团絮后粒径长大。本身SiO2颗粒表面带负电荷，硅化物溶液在高温设备的表面呈正吸附，酸液与设备表面处的硅化物局部浓度过高，使难溶的硅化物从溶液中沉淀下来，像粘接剂一样将SiO2颗粒吸附在设备表面。硅酸盐之间极易发生铰链，此硅化物不断聚合形成网状结构，与溶液中沉积下来的SiO2颗粒紧紧交合在一起，形成又硬又厚的硅垢，致使系统加热能力，流通能力受到极大的影响，酸液温度、流量无法与正常酸洗速度想匹配，无法保证酸洗槽内工艺介质的稳定性。

4  硅泥去除技术的解析

为去除硅垢在系统内大规模沉积，给常化酸洗的变频紊流酸洗系统配备了两个辅助系统在线脱硅系统和碱洗系统。常化酸洗采用在线脱硅的方法延缓其在酸液中浓度的增长，从而减少硅泥在系统中的富集速度，降低堵塞的几率，延长生产时间。采用碱洗系统对在线流量下降很快的石墨换热器进行碱洗，使其恢复流量，在停机时对整个酸洗循环系统进行碱洗，去除系统中沉积的硅垢，使系统恢复原有功能。

5  在线脱硅的工艺原理

酸洗液中的硅泥颗粒细且带有大量的负电荷， 要使这些颗粒能有效凝聚则必需将其电荷中和，以减少颗粒间的排斥力。其絮凝剂为一种低分子量的阳离子型聚合电解质，具有很高的电荷密度，其带大量的正电荷与固体颗粒所带的负电荷发生反应，使酸洗液中的固体颗粒表面电荷降低，减少颗粒之间的电排斥力，使固体颗粒得到沉淀。但此絮凝能力很有限，为进一步调整颗粒电荷属性并形成大块沉淀加入了助凝剂。助凝剂是一种具有很高分子量的合成聚合电解质，该电解质具有中等的阳离子电荷密度，絮凝剂使得溶液中的固体颗粒形成大量絮状团块，并与助凝剂上的阳离子中和，在两种药剂的联合作用下固体颗粒得到充分的絮凝沉降。

6  碱洗的工艺原理

采用氢氧化钠溶液对系统中的硅泥、硅垢进行清洗。碱液温度通过系统中石墨加热器加热得以保证温度，碱液的浓度随着系统流量不断的循环，碱液浓度随着不断溶解硅泥而下降，生成大量能溶于热水的硅酸钠。化学反应使得硅垢变疏松且硅垢与基体的结合力大为降低，这种疏松的结构在高速流体作用下很快能从基体表面脱落，最后大部分一起随着废碱液排出系统。系统通过碱洗完成后，再用高温清洗水对整个系统进行冲洗，冲洗掉残余的硅酸钠和碱液。

7  生产运行中暴露出来的问题及解决措施

1）在线脱硅的压滤系统的酸液输送泵的原设计为选用气动隔膜泵，此类泵故障频发且无法满足压滤系统10bar的压力需求。通过对泵的特性分析和比较，将气动隔膜泵改为泥浆泵，泥浆泵的最大工作压力为12bar，完全能满足压滤系统对压力和流量的要求。

2）沉淀罐沉淀的硅泥浆通过泥浆泵向压滤机输送后进行压滤。但泵更换为能力更大的泥浆泵后管道无法满足要求，故取消了原管路路由上不必要的弯头，管道由DN50更换为DN65；采用了对泥浆流动影响小的气动球阀替换对硅泥浆阻挡作用较大的蝶阀，使得管路系统更加顺畅，提高了硅泥浆的输送效率。

3）在线脱硅效果不佳，压滤机经常无法压滤出滤饼，经分析是絮凝剂添加不合理导致，因此在配药罐上添加螺旋式自动加药装置，确保能均匀的配置絮凝剂药剂，使得药剂能有效的和酸液形成沉淀。

4）在梯流管道中级增加了一段有压的供碱管，使得清洗的碱液在管道里产生流量，满足了碱洗对浓度，温度，流量三要素的要求。实现了对整个酸洗循环系统的全部清洗功能。

5）把碱洗管路直接敷设到酸再生机组的预脱硅系统，使得预脱硅和常化酸洗之间的管道参与碱洗，降低了管道堵塞的次数，同时从预脱硅对进行反冲洗，解决了停机后因管道堵塞导致机组排酸困难的问题。

6）在2#酸洗循环罐增加了促进剂添加系统，使得对工艺介质状态的调控能力更加强大，减少了欠酸洗，提高了机组的速度。

7）考虑到降低带钢在酸洗槽中的铁损率有助于降低酸耗，且能有效降低工艺介质的硅含量，为此在3#酸洗循环罐上增加了缓蚀剂添加系统。

结  论

结合现场发生的实际问题，提出合理的改进措施，极大的抑制了硅泥和硅垢对常化酸洗的影响，降低了机组因为功能失效必须停机检修的次数，提高了机组的作业率，降低了机组设备因硅泥导致损害的下机率。通过这些针对酸洗系统的设计缺陷的改进和补充，不但提高了电工钢酸洗的表面质量，也使得机组能够稳定顺行。

参考文献

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