熱軋水質問題淺析

周 旬，徐海衛，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.中國科學院過程工程研究所，北京 100080）

1 熱軋水系統概況

熱軋工序正常生產過程需大量用水，水系統波動頻繁且十分復雜,對產品質量的穩定和設備的功能精度的維持有明顯影響。為系統了解水質的影響，本文詳細跟蹤、實驗和描述熱軋水質的系列影響，然后針對性進行控制改善，為穩定高效生產打下基礎。

熱軋用水從水處理端分類，正常分為濁環水和凈環水兩部分。

圖1 熱軋凈環水和濁環水的處理流程圖

凈環水是生產過程中不與鋼材產品接觸的水，主要用于設備的冷卻和潤滑，其水質穩定，一般直接回用，形成閉環。濁環水是與鋼材和設備直接接觸的水，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。由于濁環水和軋輥等設備、鋼材、潤滑油脂等接觸，水質變化大，通常用完排放到水處理工序，處理后，繼續做為濁循環補充水，重新回濁環水系統[1]。

2 熱軋用水的影響分析

考慮熱軋水系統的水質，通常需要考慮一下因素：①PH值：一般酸性水會加速腐蝕（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：濃度增加對鋼材高溫下的腐蝕十分明顯。⑤懸浮物：一般只會堵塞，隔絕鋼材和空氣的接觸，本質上不加劇腐蝕。凈環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

針對工業用水，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。不同質量濃度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時就對碳鋼腐蝕具有明顯的加速作用；當SO4

2-質量濃度達到200μg/L時，就已經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，溶液導電性增加，鐵失去電子，優先形成點腐蝕，當溶液中存在高濃度、高導電的FeCl2時，pH值下降，加劇腐蝕。Cl-濃度小于100μg/L時，碳鋼表面僅有少量銹斑；正常水中Cl-含量約500μg/L，此時，有輕微的腐蝕，碳鋼表面會逐漸受到輕微腐蝕，但是腐蝕速率很低，程度很淺。鋼在Cl-中的化學反應和物理反應很復雜，Cl-優先會和鐵氧化物生成α-FeOOH，γ-FeOOH等，此類羥基化合物疏松多孔，對基體不具備保護能力，關鍵是疏松多孔后。酸性水更容易侵蝕基體，增加腐蝕的嚴重程度。

圖2 各鋼鐵企業層冷段腐蝕程度對比圖

如圖2所示，因為公司在海邊，大量使用淡化海水，如表1所示，使用海水淡化的濁環水中的Cl-常年維持在150μg/L～250μg/L，設備腐蝕嚴重。而梅鋼，寶鋼身處內陸的鋼材，因為使用水中Cl-濃度小，設備腐蝕相對輕微的多。腐蝕及其嚴重。公司制定了指標，為抑制對帶鋼表面質量的影響，要求濁環水中Cl-濃度標準小于500μg/L。

表1 熱軋工序水質實測表

濁環水的污染物包括軋輥氧化剝落的產物，潤滑油脂，粉碎的帶鋼的氧化鐵皮等，這些產物被沖進水中，經過污水系統簡單處理回用。

2.2 pH值的影響分析

濁環水的pH值大小對鋼材表面的影響是必然的，酸性溶液容易導致Fe基化合物的電化學反應過程，pH值的大小直接可以影響氧化反應的過程，進一步影響氧化層的結構和厚度。

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，其還原過程的驅動力就越大。pH值很小，熱態鋼板在酸性水內，腐蝕速度越大，這是因為在酸性溶液內，鐵的腐蝕主要是由H+充當去極化劑引起的。Cl-濃度增加，則Cl-在與OH-的競爭中取得優勢，Cl-破壞了OH-對電極表面的保護，腐蝕進一步加劇。通常，現場的pH值指標定在7.5～8.8范圍內，保持中性或者中性偏堿的水質中，可有效抑制鋼材的化學反應。

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。當溶解氧為0.10mg/L時，腐蝕速率0.045mm/a，當溶解氧為0.05mg/L時，腐蝕速率降至0.028mm/a，無明顯局部腐蝕。可見現場嚴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不關注溶解氧，這在后期需要進一步推進。

2.4 懸浮物的影響分析

懸浮物包括兩個部分，一部分是油污，另一部分是鋼板和鋼鐵產品表面氧化磨碎的產物。

圖3 腐蝕速率和水中溶解氧含量的關系

油污在熱軋高溫時，在帶鋼表面呈現沸騰態，這種沸騰態影響水的聚集和擴散。很容易影響帶鋼的冷卻均勻性。當帶鋼表面溫度不均勻時，會印象軋輥的溫度均勻性，最終導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，保證減小軋制負荷，提高產品質量，節省電能，減少磨損。潤滑油的存在依然是導致水冷卻不均勻，最終和帶鋼一樣，使得軋輥表面氧化程度嚴重不同，最終導致局部的剝落，在帶鋼表面形成不規則的深淺不一的無規律壓入[5，6]。如果粗軋和精軋前機架出現氧化膜的剝落，形成的氧化鐵皮缺陷，在后機架被碾碎后壓入，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品質量和設備運行。

3 結論

臨海鋼鐵企業熱軋設備腐蝕較為嚴重，主要是Cl，PH值和溶解O的影響，將熱軋使用水質中的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水對設備的腐蝕和對產品質量的影響。