用于酸洗的系統(tǒng)和方法,以及制造鋼制品的方法
【專利說明】用于酸洗的系統(tǒng)和方法，以及制造鋼制品的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年12月14日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/737, 126的優(yōu)先 權(quán)，通過引用將上述申請的全部內(nèi)容并入本文。
[0003] 發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及用于鋼酸洗裝置的部件，例如用于加熱鹽酸酸洗溶液的熱交換器部 件，以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 當(dāng)例如在熱軋期間或其后在高溫下將鋼暴露至氧時(shí)，氧與鋼的熱表面發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，并形成通常稱作銹皮的化合物。在進(jìn)一步的加工（例如冷軋、拉延、沖壓等）之前，通常 必須將這種銹皮去除。
[0006] 可以通過機(jī)械方法來去除銹皮。然而，機(jī)械銹皮去除損傷鋼的表面。作為替代，通 過化學(xué)處理來去除銹皮允許快速且完全地去除銹皮，而不造成表面損傷。這種銹皮去除方 法通常稱作酸洗，并且最初通常使用硫酸來實(shí)施。
[0007] 在二十世紀(jì)六十年代早期，高速酸洗技術(shù)發(fā)生了重要變化：引入了鹽酸（HCl)酸 洗。鹽酸成為硫酸的有吸引力的替代物，因?yàn)槠淠軌蛟偕?，并且因?yàn)槠湓试S更高的酸洗速 度。然而，鹽酸具有其缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)在于鹽酸與硫酸相比具有大得多的腐蝕性，這對用于 處置鹽酸的材料提出了挑戰(zhàn)。
[0008] 酸洗槽的溫度和濃度對酸洗效率起著重要的作用。隨著酸洗槽的濃度和溫度的升 高，酸洗速率極大地提高。因此，為了提高酸洗速度，將高濃度的鹽酸加熱至高溫，其高至約 22重量％的鹽酸和約210 °F (99°C )。
[0009] 為了維持酸洗槽的高溫，可使用石墨熱交換器。然而，由于蒸汽和酸的交叉污染、 頻繁的泄露、孔的堵塞以及對于保養(yǎng)的定期需求，這些石墨熱交換器具有較低的效率。
[0010] 可替代地，可以在所述槽中使用直接蒸汽注入來維持高的酸洗槽溫度。然而，這導(dǎo) 致酸洗槽稀釋，其降低了酸濃度，并由此降低了酸洗效率。
[0011] 使用包括聚四氟乙烯（PTFE)管道的熱交換器也是可能的。然而，PTFE熱交換器 裝置并不是對于所有的酸洗應(yīng)用都是可行的。
[0012] 可以使用其它類型的熱交換器來維持高的酸溫度。例如，熱交換器可以包括在接 觸所述管道的一個(gè)表面的鹽酸溶液與接觸所述管道的相對表面的加熱流體（例如蒸汽）之 間傳遞熱量的金屬管道。由此，將熱量由蒸汽傳導(dǎo)至鹽酸溶液。熱交換器與鹽酸溶液接觸的 導(dǎo)熱部分必須具有對酸性的和含氯化物的環(huán)境的高耐腐蝕性，從而獲得充足的使用壽命。 另外地，熱交換器充當(dāng)熱傳遞介質(zhì)的部分應(yīng)當(dāng)具有高的導(dǎo)熱率，以允許有效地加熱鹽酸。
[0013] 通常來說，鉭（Ta)為在碳鋼的酸洗中使用的用于加熱高濃度鹽酸酸洗溶液 的熱交換器管道中使用的主要合金。鉭為可得到的最耐腐蝕的材料之一。在低于 300°F (149°C)的溫度下，對于所有濃度的鹽酸，都認(rèn)為鉭是惰性的。另外地，鉭具有32Btu/ hr-ft°F (57. 5W/m-K)的導(dǎo)熱率，其在加熱流體和鹽酸溶液之間提供極佳的熱傳遞。然而， 鉭為昂貴的（約$ 300/lb ; $ 0. 66/g)并且具有高密度（16. 6g/cm3)。因此，用于制造所需 厚度的鉭的成本是非常昂貴的。
[0014] 鉭熱交換器極佳的耐腐蝕性允許熱交換器管道無限期地使用。然而，由于鉭的高 成本，僅熱交換器與鹽酸接觸的部分由鉭形成。熱交換器的其它部分由其它材料例如碳鋼 形成。
[0015] 鋼廠中的酸洗作業(yè)線為非?？量痰沫h(huán)境。大多數(shù)熱交換器的失效不是因?yàn)殂g管道 的失效，而是因?yàn)殇摿慵母g或者缺乏保養(yǎng)。雖然應(yīng)當(dāng)篩除酸洗酸中的固體，但是過濾器 可快速填滿并經(jīng)常被繞過。由此，這些熱交換器可變臟并需要清潔。因此，取決于保養(yǎng)的程 度和熱交換器的具體應(yīng)用，熱交換器典型地會(huì)在少于10年內(nèi)失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 根據(jù)一種或多種實(shí)施方案，目的在于提供用于鋼酸洗裝置的部件，例如用于加熱 鹽酸酸洗溶液的熱交換器，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)問題。
[0017] 另一個(gè)目的在于降低用于鋼酸洗裝置的部件成本，同時(shí)提供在高溫下在高濃度鹽 酸中極佳的耐腐蝕性。
[0018] 另一個(gè)目的在于降低熱交換器的成本，同時(shí)甚至是在超過鹽酸沸騰溫度的溫度下 在高濃度的鹽酸中確保接觸酸的表面的五年壽命、優(yōu)選十年壽命并且更優(yōu)選二十年壽命。
[0019] 根據(jù)一種示例性的實(shí)施方案，提供了用于鋼酸洗裝置的部件，其中，所述部件由主 要包含鈮和鉭的合金形成。所述合金可以包括至少30重量％的鉭，優(yōu)選至少45重量％的 鉭，更優(yōu)選至少55重量％的鉭。所述合金可以包括至少25重量％的鈮，優(yōu)選至少35重量％ 的鈮。所述部件可以是熱交換器部件，例如管或管板襯里。
[0020] 根據(jù)另一種示例性的實(shí)施方案，提供了用于加熱鹽酸酸洗溶液的熱交換器。所述 熱交換器可以包括至少一個(gè)由主要包含鈮和鉭的合金形成的管。所述合金可以包括至少30 重量％的鉭，優(yōu)選至少45重量％的鉭，更優(yōu)選至少55重量％的鉭。所述合金可以包括至少 25重量％的鈮，優(yōu)選至少35重量％的鈮。管的壁厚可以是0. 1英寸（2. 54mm)或更小，優(yōu)選 0. 03英寸（0. 76mm)或更小，更優(yōu)選0. 015英寸（0. 38mm)或更小。
[0021] 在一種示例性的實(shí)施方案中，熱交換器還可以包括：設(shè)置在多個(gè)管的第一端的第 一管板，設(shè)置在所述多個(gè)管的第二端的第二管板；和圍繞所述多個(gè)管的殼，所述殼包含：管 程進(jìn)口，用于使鹽酸流經(jīng)第一管板和所述多個(gè)管；管程出口，用于使加熱的鹽酸由所述多個(gè) 管和第二管板流過；殼程進(jìn)口，用于使加熱流體流至所述殼內(nèi)以加熱所述多個(gè)管；和殼程 出口，用于使加熱流體流出所述殼。第一和第二管板可以包括由與主要包含鈮和鉭的合金 不同的材料形成的基底，其中將襯里設(shè)置在每個(gè)管板背離所述多個(gè)管的一側(cè)上，并且其中 所述襯里由主要包含鈮和鉭的合金形成。殼程出口可以包括用于由所述殼釋放不可冷凝物 的殼程通風(fēng)口，和用于排出過量液體的殼程排水管。
[0022] 在另一種示例性的實(shí)施方案中，熱交換器可以包括：蒸汽進(jìn)口；至少一個(gè)管的盤 管，其中所述盤管將熱量由經(jīng)由其中通過的蒸汽傳遞給與盤管外部接觸的鹽酸；和冷凝物 出口，用于將冷凝的蒸汽由所述盤管去除。所述熱交換器還可以包括將蒸汽分散至多個(gè)管 的進(jìn)口歧管，和從所述多個(gè)管合并冷凝蒸汽的出口歧管。所述熱交換器還可以包括用于支 撐所述盤管的保持架，其中保持架組件包含聚丙烯和聚四氟乙烯中的至少一種。
[0023] 在本發(fā)明的另一種示例性的實(shí)施方案中，提供了用于酸洗的系統(tǒng)，包括：包含鹽酸 的酸洗容器；和如上所述的熱交換器，其與酸洗容器流體連通，用于加熱所述鹽酸。
[0024] 在本發(fā)明的另一種示例性的實(shí)施方案中，提供了用于酸洗的方法，包括：使鋼制品 經(jīng)過包含鹽酸的酸洗容器；和利用如上所述的熱交換器加熱所述鹽酸。在一種優(yōu)選的實(shí)施 方案中，將至少一個(gè)管的至少是管壁與鹽酸接觸，將其加熱至高于鹽酸的沸點(diǎn)。
[0025] 在本發(fā)明的又一種示例性的實(shí)施方案中，提供了制造鋼制品的方法，包括熱軋鋼 以形成熱軋帶材制品，并根據(jù)如上所述的酸洗方法來酸洗帶材。
[0026] 這些和其它的特征和特點(diǎn)，以及操作方法和相關(guān)的結(jié)構(gòu)元件的功能和零件的組合 以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，將在考慮以下參考附圖的說明和所附的權(quán)利要求時(shí)變得更加明顯，所 有附圖形成本說明書的一部分，其中相似的附圖標(biāo)記表示不同附圖中相應(yīng)的零件。如在說 明書和權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式"一種（a) "、"一個(gè)（an)"和"該（the)"包括復(fù)數(shù) 指代物，除非上下文另外清楚地說明。
[0027] 附圖簡要說明
[0028] 圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的示例性浸漬式盤管熱交換器的正視圖， 用虛線顯示隱藏部分。
[0029] 圖2描述了圖1的浸漬式盤管熱交換器的俯視圖，用虛線顯示隱藏部分。
[0030] 圖3描述了圖1的浸漬式盤管熱交換器的側(cè)視圖，用虛線顯示隱藏部分。
[0031] 圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的示例性管殼式熱交換器的正視圖。
[0032] 圖5描述了圖4的管殼式熱交換器的左視圖。
[0033] 圖6描述了圖4的管殼式熱交換器的殼的正視圖。
[0034] 圖7描述了圖4的管殼式熱交換器的管板的正視圖（面向管程面）。
[0035] 圖8描述了圖7的管板沿著線A-A截取的截面圖。
[0036] 圖9描述了圖4的管殼式熱交換器的襯里的正視圖。
[0037] 圖10描述了圖9的襯里的右視圖。
[0038] 圖11描述了根據(jù)圖4的管殼式熱交換器的一種例子的連接至殼的管板組件的局 部截面圖。
[0039] 圖12描述了根據(jù)圖4的管殼式熱交換器的一種例子的表不管板組件的另一個(gè)局 部截面圖。
[0040] 圖13描述了表不圖4的管殼式熱交換器的一種例子的分解局部透視圖，將殼的一 部分去除以揭示其中的管。
[0041] 圖14描述了使用一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方案的管殼式熱交換 器的鋼酸洗系統(tǒng)。
[0042] 圖15描述了使用一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方案的浸漬式盤管熱 交換器的鋼酸洗系統(tǒng)。
[0043] 所說明的實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0044] 本說明書描述的所有組成均以重量百分比計(jì)，除非另外明確表示。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，用于鋼酸洗裝置的部件由主要包含鈮和鉭并添加少 量其它元素的合金形成。優(yōu)選地，所述合金包括的鈮和鉭的總量為至少92重量％，以確保 在鹽酸溶液中充足的耐腐蝕性。對所述部件的元素組成進(jìn)行選擇的原因描述如下。
[0046] 鉭
[0047] 鉭向合金提供了極佳的耐腐蝕性，但是成本高。當(dāng)所述合金包含小于30重量％的 鉭時(shí)，合金在暴露至低濃度的鹽酸時(shí)保持耐腐蝕性，但是在暴露至高濃度的鹽酸時(shí)，耐腐蝕 性惡化。因此，所述合金優(yōu)選包含至