冶金行业产品种类和工艺流程呈现多样性,冶金产品包括年产量数亿吨的钢铁、年产量数千万吨的各种有色金属及合金。以钢铁行业为例,从企业类型看,有普钢企业、特钢企业及混合型企业;从生产链看,有长流程企业(从矿石到轧钢)和短流程企业(炼钢轧钢);从终端产品看,有热轧和冷轧产品。由于产品和工艺路线的差别,不同钢铁企业的腐蚀状况也各部相同。另外,钢铁企业所涉及的腐蚀有一个非常重要的特点,那就是其腐蚀既有钢铁生产设备、厂房及辅助设备设施等的腐蚀,还包括钢铁产品(包括中间产品)自身的氧化和腐蚀,并且后者在企业腐蚀损失总量中占有绝对大的份额。以下以钢铁企业为重点分析企业的腐蚀状况。
6.7.2.1 钢铁企业腐蚀状况
1. 钢坯钢材的腐蚀
钢坯钢材的腐蚀包括生产过程中钢坯钢材的高温氧化、酸洗等造成的铁损、产品至销售期间的自然腐蚀三种。
其中钢坯钢材的高温氧化主要包括钢液连铸成坯后至进入轧钢加热炉之间的钢坯氧化、热轧加热炉内的钢坯氧化、钢材热轧后至冷却之间的氧化。对于退火态交货的热轧产品,还包括热轧后退火炉内的氧化。对于冷轧产品,则存在冷轧板轧制过程中和轧后退火炉氧化。根据不同类型产品(线材、型材、板材、钢管)和工艺(传统工艺和热装热送)企业的生产统计,从铸坯到热轧材之间的氧化损失重量可达1~1.8%之间。另外,对于热轧后还存在后续工序的产品,如冷轧板和涂镀板生产过程中的退火还将进一步增加氧化损失。图6-170所示为高温氧化的钢坯和钢材。
对于一些产品,如冷轧板、涂镀板、镀锌管等,在热轧、退火等生产工序之后,还存在破磷、抛丸、酸洗等过程,其中酸洗工序过程造成的铁损占有一定的比例,一般都计入腐蚀损失。
钢铁企业的产品自然腐蚀一般是产品产出至销售期间,由于储存时间较长,或者存放环境较差(如露天、雨水等)等导致的腐蚀。在储存和经销正常的情况下,这类腐蚀较少发生。
2. 生产设备的腐蚀
钢铁企业的主要生产设备有烧结机、焦炉、高炉、热风炉、转炉/电炉、精炼设备、钢包、连铸机、轧钢加热炉、轧机、热处理炉、酸洗槽、镀锌设备、精整设备等等。在这些设备中,部分设备主要受高温氧化或高温与介质复合作用,如焦炉、烧结机及轧钢加热炉等;有的为介质腐蚀,如酸洗槽;有的为腐蚀磨损,如原料输送设备;更多设备受潮湿及工业大气中的腐蚀,如厂区各种远离高温区的设备及仪器仪表等。而有些冶金设备,如在高强度载荷和高温环境下服役的轧辊,其消耗主要是磨损,少数是因为疲劳开裂导致报废。相对于轧辊表面的高强度摩擦磨损、以及具有交互作用的热应力疲劳(轧辊表面冷却降温和轧件高温交替作用导致)与载荷应力疲劳(高强度的轧制循环应力导致),轧辊表面的高温氧化所占比重要低得多,一般不将轧辊的磨耗和疲劳开裂计入腐蚀范畴,轧辊表面的氧化也忽略不计。图6-170所示为轧钢加热炉和酸洗设备的腐蚀。
3. 生产保障设备设施的腐蚀
钢铁企业的生产保障设备设施主要包括制氧制气、水电、燃气、动力等设备,包含管道、储罐、锅炉等,这些设备设施的腐蚀形式包括高温氧化、潮湿及工业大气中的腐蚀、煤气介质腐蚀、土壤腐蚀、微生物腐蚀等。
4. 房屋建筑的腐蚀
钢铁企业房屋建筑的腐蚀包括厂房,设备、原材料、产品等的存储用房及检测开发等用房,还包括设备设施的基础基座,以及相关的钢结构、钢筋混凝土结构等的腐蚀。由于厂区房屋建筑处于含SO2、工业粉尘等工业污染大气环境下,其腐蚀较居民区建筑严重,而含有酸洗工序企业的储酸站及酸洗车间酸雾环境下的钢结构及其他建筑物的腐蚀会更加严重。图6-172为腐蚀的厂房钢结构。
5. 其他设备设施的腐蚀
钢铁企业除以上设备设施外,还包括矿山及选矿设备(如矿山破碎、磨选、炉窑等设备)、运输设备(机车等专用车辆、厂内轨道交通等)以及其他多种设备(除尘管道、龙门吊等),这些设备设施都存在不同类型、不同程度的腐蚀。
6.7.2.2 有色金属企业腐蚀简介
我国有色金属行业企业多,产量大,2015年全国十种有色金属产量5090万吨,其中电解铝和精炼铜的产量之和几乎占80%。以铝、铜企业为例,和钢铁生产相比,铝、铜的熔炼、铸造、成型加工过程类似,但铝、铜熔点低,因而整个生产流程的温度较低,因此铝、铜生产过程中的自身氧化大幅度减少,同时设备承受的温度也大幅下降,企业的高温氧化损失下降。但生产金属铝、铜的电解过程,会增加腐蚀。可见有色冶金行业和钢铁冶金行业相比,腐蚀环境的变化主要体现在高温氧化减弱。另外,由于生产金属铝、铜的电解过程代替了钢铁生产中多种元素参与的高温氧化与还原反应过程,大气腐蚀环境中的硫化物等有害元素含量降低。总体而言,有色冶金企业的腐蚀比钢铁冶金企业的腐蚀弱。
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