[发明专利]用于酸洗的系统和方法，以及制造钢制品的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月14日提交的美国临时专利申请号61/737,126的优先权，通过引用将上述申请的全部内容并入本文。

发明背景

发明领域

本发明涉及用于钢酸洗装置的部件，例如用于加热盐酸酸洗溶液的热交换器部件，以及相关的系统和方法。

背景技术

当例如在热轧期间或其后在高温下将钢暴露至氧时，氧与钢的热表面发生化学反应，并形成通常称作锈皮的化合物。在进一步的加工(例如冷轧、拉延、冲压等)之前，通常必须将这种锈皮去除。

可以通过机械方法来去除锈皮。然而，机械锈皮去除损伤钢的表面。作为替代，通过化学处理来去除锈皮允许快速且完全地去除锈皮，而不造成表面损伤。这种锈皮去除方法通常称作酸洗，并且最初通常使用硫酸来实施。

在二十世纪六十年代早期，高速酸洗技术发生了重要变化：引入了盐酸(HCl)酸洗。盐酸成为硫酸的有吸引力的替代物，因为其能够再生，并且因为其允许更高的酸洗速度。然而，盐酸具有其缺点。一个缺点在于盐酸与硫酸相比具有大得多的腐蚀性，这对用于处置盐酸的材料提出了挑战。

酸洗槽的温度和浓度对酸洗效率起着重要的作用。随着酸洗槽的浓度和温度的升高，酸洗速率极大地提高。因此，为了提高酸洗速度，将高浓度的盐酸加热至高温，其高至约22重量％的盐酸和约210℉(99℃)。

为了维持酸洗槽的高温，可使用石墨热交换器。然而，由于蒸汽和酸的交叉污染、频繁的泄露、孔的堵塞以及对于保养的定期需求，这些石墨热交换器具有较低的效率。

可替代地，可以在所述槽中使用直接蒸汽注入来维持高的酸洗槽温度。然而，这导致酸洗槽稀释，其降低了酸浓度，并由此降低了酸洗效率。

使用包括聚四氟乙烯(PTFE)管道的热交换器也是可能的。然而，PTFE热交换器装置并不是对于所有的酸洗应用都是可行的。

可以使用其它类型的热交换器来维持高的酸温度。例如，热交换器可以包括在接触所述管道的一个表面的盐酸溶液与接触所述管道的相对表面的加热流体(例如蒸汽)之间传递热量的金属管道。由此，将热量由蒸汽传导至盐酸溶液。热交换器与盐酸溶液接触的导热部分必须具有对酸性的和含氯化物的环境的高耐腐蚀性，从而获得充足的使用寿命。另外地，热交换器充当热传递介质的部分应当具有高的导热率，以允许有效地加热盐酸。

通常来说，钽(Ta)为在碳钢的酸洗中使用的用于加热高浓度盐酸酸洗溶液的热交换器管道中使用的主要合金。钽为可得到的最耐腐蚀的材料之一。在低于300℉(149℃)的温度下，对于所有浓度的盐酸，都认为钽是惰性的。另外地，钽具有32Btu/hr-ft℉(57.5W/m-K)的导热率，其在加热流体和盐酸溶液之间提供极佳的热传递。然而，钽为昂贵的(约﹩300/lb；﹩0.66/g)并且具有高密度(16.6g/cm³)。因此，用于制造所需厚度的钽的成本是非常昂贵的。

钽热交换器极佳的耐腐蚀性允许热交换器管道无限期地使用。然而，由于钽的高成本，仅热交换器与盐酸接触的部分由钽形成。热交换器的其它部分由其它材料例如碳钢形成。

钢厂中的酸洗作业线为非常苛刻的环境。大多数热交换器的失效不是因为钽管道的失效，而是因为钢零件的腐蚀或者缺乏保养。虽然应当筛除酸洗酸中的固体，但是过滤器可快速填满并经常被绕过。由此，这些热交换器可变脏并需要清洁。因此，取决于保养的程度和热交换器的具体应用，热交换器典型地会在少于10年内失效。

发明内容

根据一种或多种实施方案，目的在于提供用于钢酸洗装置的部件，例如用于加热盐酸酸洗溶液的热交换器，其克服了现有技术的一个或多个问题。

另一个目的在于降低用于钢酸洗装置的部件成本，同时提供在高温下在高浓度盐酸中极佳的耐腐蚀性。

另一个目的在于降低热交换器的成本，同时甚至是在超过盐酸沸腾温度的温度下在高浓度的盐酸中确保接触酸的表面的五年寿命、优选十年寿命并且更优选二十年寿命。

根据一种示例性的实施方案，提供了用于钢酸洗装置的部件，其中，所述部件由主要包含铌和钽的合金形成。所述合金可以包括至少30重量％的钽，优选至少45重量％的钽，更优选至少55重量％的钽。所述合金可以包括至少25重量％的铌，优选至少35重量％的铌。所述部件可以是热交换器部件，例如管或管板衬里。