СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
METHOD FOR ETCHING SHEET STEEL

Настоящее изобретение относится к способу травления листовой стали, постоянно погруженной в травильную ванну, содержащую травильный раствор, в то время как указанный травильный раствор очищается.
Разработка сплавов, содержащих все больше и больше элементов, создает новые проблемы, требующие решения. Например, одним из способов получения сверхвысокопрочной стали, помимо прочего, является увеличение содержания кремния. К сожалению, легирующие элементы загрязняют травильную ванну, растворяясь в ней во время процесса травления. В случае сверхвысокопрочной стали растворение кремния является основной проблемой, поскольку это ведет к образованию монокремниевых кислот Si(OH)4, которые в дальнейшем конденсируются с образованием коллоидного кремния и, в конечном счете, образуют суспензию и/или совместно осаждаются с другими веществами. Кремний, растворяющийся в травильных и рециркуляционных баках, накапливается и, в конечном счете, осаждается на поверхности оборудования, в первую очередь на оборудовании ниже по технологическому потоку, причем критическими точками накапливания и осаждения являются трубы и теплообменники. Для удаления осадка и устранения засорения необходимо остановить процесс травления на период выполнения очистки.
Кроме того, обращение с использованным раствором для кислотного травления также является основной проблемой из-за его химической природы, и он подлежит очистке в установке регенерации кислоты или в установке для очистки сточных вод.
В патенте DE 41 16 353 приведено описание способа удаления аморфного и частично растворенного кремния из водного, кислотного или щелочного раствора для очистки, в частности, циркулирующего раствора для химической очистки ленты из железокремниевого сплава. Часть раствора для очистки, содержащего кремний, направляется в контейнер для хранения. Указанный контейнер для хранения содержит раствор, который подвергается действию фильтрационной мембраны, и фильтрат, освобожденный от кремния, направляется в раствор для очистки, а раствор, имеющий высокую концентрацию кремния, направляется в бак для хранения, и раствор, имеющий высокую концентрацию кремния и находящийся в баке для хранения, удаляют и направляют в отходы.
В патенте WO 2014/36575 приведено описание способа очистки и удаления кремнезема из ванн для кислотного травления. В этом способе использованные травильные растворы осаждаются в осадительном баке и затем подвергаются очистке в микрофильтре в перекрестном потоке, используемом в качестве фильтра предварительной очистки, и в фильтре сверхтонкой очистки ниже по технологическому потоку. Далее фильтрат направляется в системы распыления с применением обжигового газа или используется в процессе в кипящем слое HCl для регенерации соответствующих травильных кислот и оксида железа.
Патент AT 411 575 относится к способу очистки загрязненной сточной воды от кислотного травления с помощью микрофильтрации в перекрестном потоке. С этой целью травильный раствор собирают в осадительный бак и затем очищают в микрофильтре в перекрестном потоке в температурном диапазоне 10 - 55°C. Затем травильный раствор обрабатывается в установке регенерации кислоты по принципу распыления с применением обжигового газа. Этот процесс служит для предотвращения отказа установки в результате образования наслоений в трубах и забивания фильтров и сопел.
Однако в случае использования вышеописанных способов и оборудования установка требует много места, поскольку оборудование является объемным из-за большого количества используемых устройств, таких как осадительные баки и несколько систем фильтрации. Кроме того, контур для циркуляции травильной кислоты не защищен от забивания, поскольку цель вышеуказанных способов состоит в том, чтобы исключить загрязнение оксида железа, получаемого в установке для регенерации кислоты, а не свести к минимуму проблему загрязнения в контурах для циркуляции.
Соответственно, существует необходимость предложить способ защиты контура рециркуляции от забивания и уменьшить площадь, занимаемую установкой.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ, позволяющий исключить или по меньшей мере замедлить забивание, и предложить установку, занимающую меньше места, чем установки из существующего уровня техники.
Эта задача решается с помощью способа по п. 1 формулы изобретения. Способ также может содержать любые характеристики по п.п. 2 – 14 формулы изобретения. Эта задача также решается с помощью устройства по п. 15 формулы изобретения.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут понятными из приведенного ниже подробного описания изобретения.
Для объяснения изобретения ниже в качестве неограничивающих примеров приведено описание различных вариантов выполнения и испытаний со ссылкой на приложенный чертеж:
фиг. 1 – схематическое изображение установки.
Настоящее изобретение относится к способу травления листовой стали 8, согласно которому указанная листовая сталь постоянно погружена в травильную ванну 1, содержащую травильный раствор 10, причем указанная ванна соединена с блоком очистки, содержащим бак 3 рециркуляции и средства 12 и 13 циркуляции, постоянный входящий поток 11 указанного раствора поступает в устройство 2 ультрафильтрации из бака 3 рециркуляции, и из устройства ультрафильтрации выходят два потока, один фильтрованный поток 21, поступающий назад в указанный бак 3 рециркуляции, и один нефильтрованный поток 22, причем указанный блок очистки не содержит никакого бака для хранения.
Согласно предшествующему уровню техники проблемы засорения системы рециркуляции не рассматривались. И, наоборот, представляется, что благодаря способу по настоящему изобретению указанное засорение замедляется, что с очевидностью увеличивает срок службы системы рециркуляции, т.е. насосов, сопел, труб и клапанов.
Кроме того, по сравнению с ближайшими аналогичными способами при осуществлении способа травления по настоящему изобретению не используют бак для хранения. Это позволяет настоящему способу свести к минимуму скорость кинетики полимеризации коллоидного кремния, что ведет к уменьшению склонности мембраны к загрязнению.
Предпочтительно, указанный травильный раствор 10 приготавливают из одной кислоты или комбинации нескольких разных кислот. Например, в травильной ванне 1 находится соляная кислота при концентрации 15% или смесь соляной кислоты и серной кислоты.
Предпочтительно, указанный травильный раствор 10 не подвергается термической очистке перед подачей в указанное устройство ультрафильтрации. Представляется, что это позволяет непосредственно очищать травильную кислоту, а также требует меньше площади.
Предпочтительно, для увеличения степени полимеризации указанного раствора, поступающего в указанное устройство ультрафильтрации, не используются ни добавка, ни устройство. Однако в предшествующих патентах сточная вода от кислотного травления осаждается в баке, увеличивая степень полимеризации и, тем самым, допуская образование частиц большего размера. Представляется, что этот процесс осаждения, описанный в предшествующем патенте, облегчает фильтрацию из-за общего увеличения размера частиц, подлежащих фильтрации. Вследствие этого достигаемая степень удаления превышает 99%, как указано в патенте WO 2014/36575 и 75%, как указано в AT 411 575. В отличие от этого настоящее изобретение с очевидностью имеет основное преимущество значительного замедления засорения со степень удаления только 40% от общего содержания кремния в использованном растворе травильной кислоты. Таким образом, решается поставленная задача, и при этом уменьшается требуемое пространство.
Предпочтительно, устройство 2 ультрафильтрации является устройством ультрафильтрации в перекрестном потоке. В случае фильтрации в перекрестном потоке можно полагать, что в отличие от тупиковой фильтрации поток проходит по касательной вдоль поверхность мембраны. Безотносительно какой-либо конкретной теории, когда поток следует вдоль мембраны, фильтрат проходит через отверстия мембраны, в то время как нефильтрованный поток выходит у противоположного конца мембраны. С очевидностью тангенциальный поток на мембране оказывает сдвигающее воздействие на поверхность мембраны, что, в свою очередь, уменьшает загрязнение.
Предпочтительно, использованная травильная кислота циркулирует с помощью насосов, причем указанные насосы защищены картриджными фильтрами, позволяющими фильтровать взвеси.
Предпочтительно, устройство 2 ультрафильтрации имеет одну или несколько мембран.
Предпочтительно, мембрана устройства 2 ультрафильтрации выполнена из керамики.
Предпочтительно, мембрана устройства 2 ультрафильтрации имеет размер пор 1 – 10 нм, например, мембрана имеет размер пор 7 нм.
Предпочтительно, постоянный поток имеет содержание кремния по меньшей мере 60 мг⋅л-1, более предпочтительно 100 мг⋅л-1 и еще более предпочтительно 150 мг⋅л-1. С очевидностью настоящее изобретение также имеет преимущественный эффект получения большей эффективности при более высокой концентрации, поскольку присутствует больше коллоидного кремния, что облегчает фильтрацию. Безотносительно какой-либо конкретной теории, эта технология обеспечивает 100% коэффициент задержания коллоидных и взвешенных частиц большего размера, чем размер пор мембраны.
Предпочтительно, постоянный поток 11 указанного раствора направляется в устройство ультрафильтрации с расходом 5 – 50 м3⋅ч-1, предпочтительно 15 – 30 м3⋅ч-1, что позволяет обновлять объем кислоты в баке рециркуляции 1 – 10 раз в час, предпочтительно 4 раза в час.
Предпочтительно, очищенный выходящий поток составляет 50 – 95%, более предпочтительно 65 – 85% от потока указанного раствора, поступающего в устройство ультрафильтрации.
Предпочтительно, устройство ультрафильтрации подвергается обратной промывке для очистки фильтра. Например, устройство ультрафильтрации подвергается обратной промывке каждые 8 минут потоком водопроводной воды 24, и поток водопроводной воды, используемый для очистки мембраны 23, выходит из устройства ультрафильтрации.
Устройство ультрафильтрации также может состоять из нескольких устройств ультрафильтрации в перекрестном потоке. Например, устройство ультрафильтрации состоит из двух устройств ультрафильтрации в перекрестном потоке.
Предпочтительно, имеющий высокую концентрацию кремния нефильтрованный поток, выходящий из устройства (2) ультрафильтрации, подвергается очистке. Предпочтительно, эта очистка может выполняться в декантаторе или гидроциклоне. После этой очистки очищенный поток, т.е. имеющий самую низкую концентрацию кремния, может поступать обратно в бак 3 рециркуляции или устройство 2 ультрафильтрации. Предпочтительно, имеющий самую высокую концентрацию кремния поток, выходящий из устройства очистки, может быть направлен в установку регенерации кислоты или в установку 4 для очистки сточных вод.
Изобретение также относится к оборудованию, содержащему травильную ванну 1, систему, непрерывно погружающую листовую сталь в указанную травильную ванну, и блок очистки, содержащий бак 3 рециркуляции по меньшей мере устройство 2 ультрафильтрации, трубы, соединяющие указанный бак рециркуляции и впуск 24 водопроводной воды и выпуск 23 раствора для обратной промывки и насосы, причем указанный блок очистки не содержит никакого бака для хранения и установки 4 для конечной очистки нефильтрованного потока 22.
Примеры
Бак 3 рециркуляции содержит 60 м3 соляной кислоты при концентрации 15%, имеющей содержание кремния приблизительно 59 мг⋅л-1. Кислота выполняет травление сталей различных сортов, например: стали со структурой твердого раствора внедрения, среднеуглеродистой стали, высокопрочной низколегированной стали, и двухфазной стали. Использованная травильная кислота перекачивается насосами в устройство ультрафильтрации с расходом 17 м3⋅ч-1. Устройство 2 ультрафильтрации изготовлено с использованием керамической мембраны площадью 68 м2, имеющей размер пор 7 нм (молекулярный вес 10 кДа). Фильтрованный поток, содержащий 38 мг⋅л-1 кремния, направляется с расходом 14 м3⋅ч-1 обратно в ванну, в то время как нефильтрованный поток, содержащий 157 мг⋅л-1 кремния, имеет расход 3 м3⋅ч-1.
Расход[м3⋅ч-1]
Концентрация Si[мг⋅л-1]
Коллоидные и взвешенные частицы > 7 нм
Входящий поток
17
59
100
Фильтрованный поток
14
38
0
Нефильтрованный поток
3
157
100