Удаление окалины химическим травлением в серной кислоте.

26

апреля

Новости
Удаление окалины химическим травлением в серной кислоте.


Серная кислота — химическое вещество, состав которого отвечает формуле H2SO4, называется моногидратом. Это вещество можно считать соединением одной молекулы серного ангидрида SO3 с одной молекулой воды H2O. Поэтому в технике серной кислотой называют любые смеси серного ангидрида с водой. Если такой смеси на одну молекулу SO3 приходится больше одной молекулы H2O, то они являются водными растворами серной кислоты; если же на одну молекулу SO3 приходится меньше одной молекулы H2O, то смеси являются растворами серного ангидрида в серной кислоте, такие растворы называют олеумами.

В зависимости от способа производства техническая серная кислота, согласно ГОСТ 2184—59, распределяется на три вида:
1. контактная,
2. башенная,
3. регенерированная.

В практике сохранилось также старое название серной кислоты, которую раньше получали сухой перегонкой железного купороса: купоросное масло. Контактная кислота разделятся на техническую, техническую улучшенную и олеум. Техническая кислота содержит 92,5, техническая улучЯшенная 92,5—94 %, башенная 75 %, регенерированная 91 % моногидрата (H2SO4).

Удаление окалины химическим травлением в серной кислоте.
















Необходимо постоянно наблюдать за концентрацией серной кислоты, хранящейся в емкостях, особенно в зимний период. На рис. 1 приведена диаграмма, отражающая зависимость температуры кристаллизации от концентрации серной кислоты и олеума. Данные этой диаграммы следует учитывать. Согласно ГОСТу, заводы — поставщики кислоты должны в зимний период отгружать башенную кислоту с содержанием моногидрата в пределах 74—75 %, контактную техническую и регенерированную кислоту с содержанием свободного ангидрида не более 22 %.

Перед сливом прибывшей кислоты следует проверить содержание в ней моногидрата и подсчитать возможную его концентрацию, если при сливе произойдет смешение прибывшей кислоты с оставшейся в емкости. Изменение концентрации, получившейся в результате смешения кислоты, может привести к неожиданному выделению кристаллов, которые свяжут кислоту, имеющуюся в емкости, или закупорят трубы для ее слива и подачи.

При травлении в серной кислоте окисленной стали протекают следующие основные химические реакции.

FeO+H2SO4→FeSO4+H2O;
Fe3O4+4H2SO4→FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O;
Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2O;
Fe+H2SO4→FeSO4+H2;
Fe2(SO4)3+H2→2FeSO4+H2SO4.


Вследствие наличия пор и трещин в окалине действие кислоты на окалину и металл начинается почти одновременно. Растворимость FeO значительно больше, чем Fe3O4 и Fe2O3. Два последних оксида отрываются главным образом механически водородом, выделяющимся при взаимодействии кислоты со сталью. Fe3O4 и Fe2O3 падают на дно травильной емкости, где постепенно восстанавливаются водородом и растворяются в травильном растворе.

На процесс травления стали в серной кислоте влияют концентрация раствора и температура. Минимальная длительность травления наблюдается при концентрации кислоты 250—300 г/л. Более высокие концентрации раствора ведут к замедлению процесса. На практике для травления проволоки из высокоуглеродистой стали применяют обычно растворы, содержащие 50—100 г/л H2SO4, и вырабатывают их до содержания 25—30 г/л H2SO4. Для поточного травления исходная концентрация травильного раствора составляет 150—200 г/л H2SO4. Для проволоки из низкоуглеродистой стали и проволоки промежуточных размеров из среднеуглеродистой стали исходный раствор содержит 75—200 г/л H2SO4 и выработанный — до 10—15 г/л H2SO4. При травлении катанки выработку раствора серной кислоты доводят до остаточного содержания моногидрата 5 г/л.

Потерю скорости травления при понижении концентрации кислоты компенсируют повышением температуры раствора, которая оказывает решающее влияние на его активность. При высоких исходных концентрациях температура раствора составляет 25—30°С, с понижением концентрации температуру повышают до 70—90 °С.

Перемешивание травильного раствора (барботаж) воздухом или другим способом, а также покачивание обрабатываемого металла существенно ускоряют процесс и улучшают качество травления.

В результате реакций, происходящих при травлении, появляется сернокислая соль железа (сульфат железа FeSO4), называемая железным купоросом. Количество сульфата железа возрастает с увеличением длительности использования травильного раствора. Скорость травления (активность раствора) с увеличением концентрации сульфата до 80 г/л резко падает, а при дальнейшем увеличении его концентрации почти не изменяется. Особенно заметно снижается активность раствора при невысоких концентрациях серной кислоты. Накопившийся железный купорос выкристаллизовывается на поверхности проволоки и портит ее. Поэтому обработку проволоки ответственного назначения из высоко- и средне углеродистой стали проводят в травильных растворах, содержащих не более 70 80 г/л FeSO4. При травлении проволоки из низкоуглеродистой стали содержание FeSO4 не должно превышать 100—150 г/л. Травильный раствор с высоким содержанием железного купороса может быть регенерирован охлаждением до низких температур и применением вакуума.

При взаимодействии кислоты с металлом активно выделяется водород. Находясь в атомарном состоянии, водород проникает в металл и вызывает водородную (травильную) хрупкость. Такое явление нежелательно, так как приводит к снижению механических свойств металла и затрудняет его дальнейшую переработку. Уменьшают наводороживание нагревом (обычно при сушке) или продолжительным выдерживанием металла после травления.

В горячем растворе серной кислоты сталь растворяется с большой скоростью. Это растворение начинается с момента погружения проволоки в раствор, а по мере освобождения металла от окалины в контакт с раствором входят все большие и большие участки металла. Чтобы сократить потери металла и его порчу в результате продолжительного взаимодействия с кислотой (перетрав), в кислотный раствор вводят ингибиторы (замедлители коррозии) — вещества, способные задержать разрушение металла.

В сталепроволочном производстве используют органические ингибиторы травления (присадки) И-2В, С-5У, ПКУ, ХОСП-10.

Присадку (для черных металлов) вводят в количестве

1,0—1,5 г/л травильного раствора. В качестве пенообразователя используют добавку КБЖ. Из неорганических присадок распространена поваренная соль NaCl. Ингибиторы снижают потери металла на растворение, уменьшают наводороживание, устраняют перетрав, сокращают выделение вредных испарений.

Продолжительность травлений в серной кислоте составляет от нескольких минут до 1 ч и более, она зависит от условий травления, характера окалины.

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.