酸洗原理

一、銹皮組成：

鋼材經(jīng)熱軋及后續(xù)冷均會有銹皮生成，其組成由內(nèi)而外依序大致為：FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃,由于含氧量的不同，F(xiàn)e₂O₃在最外層、Fe₃O₄居中、FeO在最內(nèi)層。

此種銹皮頗為細(xì)密，具有保護(hù)底材不受氧化腐蝕之作用。

二、酸洗原理：

銹皮與鹽酸的反應(yīng)中，F(xiàn)eO反應(yīng)速率最快，F(xiàn)e₃O₄次之，F(xiàn)e₂O₃最慢。進(jìn)行酸洗時，酸液會經(jīng)由銹皮縫隙、孔洞等缺陷，到達(dá)內(nèi)部先行溶解FeO，當(dāng)FeO溶解后，酸液建立起Fe/酸液/Fe₃O₄局部電池，使Fe₃O₄進(jìn)行還原溶解，同時若有大面積之底材裸露，將和酸液反應(yīng)產(chǎn)生H2，氫氣之壓力發(fā)生剝離作用，使外層銹皮脫離而達(dá)成酸洗之目的。其反應(yīng)式如下：

FeO+2H⁺ Fe⁺²+H₂O

Fe+2H⁺ Fe⁺²+H₂

Fe₃O₄+Fe+8H⁺ 4Fe⁺²+4H₂O

因此，于靜態(tài)酸洗過程中，內(nèi)層銹皮的酸洗是靠溶解來進(jìn)行，而外層銹皮則一部分利用剝離作用來完成，另一部分以溶解方式進(jìn)行。

實際上若為連續(xù)酸洗作業(yè)，則大部分的外層銹皮是利用鋼材與酸液之相對運動來沖除的。

三、影響酸洗速率之因素：

影響酸洗速率之因素很多，舉凡銹皮厚度與組成、銹皮缺陷率、酸液濃度與溫度、鐵離子濃度、抑制劑、鋼材與酸液之相對運動速度、凡及鋼材之合金成份等均與酸洗速率息息相關(guān)。茲依序分別描述如下：

1、銹皮厚度與組成：

銹皮之厚度及組成與底材厚度、軋延溫度、盤卷溫度及冷卻速率有關(guān)；底材厚度、軋延溫度、盤卷溫度越高或冷卻速率越慢，則銹皮就越厚。反之，則越薄。銹皮厚度越厚，所需的酸洗時間就越長。

由Fe-O平衡相圖可知在570⁰C以上有FeO，F(xiàn)e₃O₄、Fe₂O₃三種銹皮存在，而在570⁰C以下只生成Fe₃O₄和Fe₂O₃，此時FeO為不穩(wěn)定相不會生成。圖中顯示當(dāng)溫度于570⁰C以上甚至高達(dá)1000⁰C時，F(xiàn)eO含量占銹皮大部分；若溫度降至570⁰C以下時，F(xiàn)eO會開始分解成Fe₃O₄和ɑ-Fe，但如果冷卻速率夠快時，仍會有部分FeO殘留。于是若鋼材經(jīng)熱軋后之冷卻速率越快，其氧化銹皮中所含F(xiàn)eO比例則越高。由于FeO與鹽酸之反應(yīng)速率遠(yuǎn)比Fe₃O₄、Fe₂O₃快，因此，銹皮中含比例越高，酸洗速率越快。

2、銹皮缺陷率：

銹皮缺陷率越高，酸液經(jīng)由孔隙進(jìn)入銹皮內(nèi)部溶解FeO及造成Fe/酸液/Fe₃O₄局部電池的機率也越大，故有提高酸洗速率之作用。

3、酸液濃度與溫度：

酸液通常含有游離酸、Fe⁺²和微量的Fe⁺³。一般再生酸濃度約為190~195g HCL/L，，理論上，鹽酸之共沸點濃度約為20%或220 g HCL/L。當(dāng)鹽酸濃度高于此點時，HCL之蒸發(fā)速率較H₂0快，酸之損耗大；反之，則水之蒸發(fā)速率較HCL快，酸之損耗小，符合經(jīng)濟(jì)效益。因而，一般酸洗應(yīng)避免使用高于18%或196 g HCL/L之鹽酸進(jìn)行酸洗作業(yè)，以免酸液因蒸發(fā)逸失太多而徒增成本。

酸洗速率有隨著酸液濃度及溫度之升高而提高的趨勢。其中，溫度對酸洗速率之影響遠(yuǎn)大于濃度。由下列圖表可更清楚地了解溫度及濃度與酸洗速率間之關(guān)系：

4、鐵離子濃度：

酸液中之鐵離子多半為Fe⁺²，F(xiàn)e⁺³僅有2~5g/l左右而已。而其中Fe⁺²的存在或多或少都會抑制氧化鐵之溶解而影響酸洗。有研究報告顯示：在HCL中，當(dāng)Fe⁺²的含量從0g Fe⁺²/L增加到100g Fe⁺²/L時，酸洗時間增加的趨勢甚少，但是若酸液總酸維持穩(wěn)定時，酸洗速率就由Fe⁺²的濃度所掌控。此時縱使新鮮酸濃度有10g/L之變動，酸洗速率也不會產(chǎn)生明顯的變化。

5、抑制劑：

抑制劑乃是藉由隔絕金屬底材；避免酸液與之反應(yīng)，而產(chǎn)生氫氣或底材表面粗糙化之現(xiàn)象，具有防止過度酸洗、氫脆化之效果。但是由于不產(chǎn)生氫氣，所以少了氫氣壓力之剝離作用，酸洗速率亦因此降低。這時酸洗速率便由酸液與鋼材兩者之相對運動速度來決定了。

6、鋼材與酸液之相對運動速度：

前面曾經(jīng)提過，在連續(xù)式酸洗線中，外層銹皮主要靠酸液與鋼材之相對運動來沖除的。所以，這個項目的良窳實為酸洗之重要課題之一。

7、鋼材之成份：

鋼材成份影響酸洗的因素，文獻(xiàn)中具有資料者不多，已知的有：

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