專利名稱：鋼絲表面化學(xué)清洗清潔化生產(chǎn)工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼絲表面化學(xué)清洗清潔化生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，具體地說，是涉及一種碳鋼或低合金鋼的鋼絲表面的大功率超聲波清洗方法及其設(shè)備，用于去除鋼絲表面存在的銹蝕、氧化皮或其它沾附污染物，屬于超聲波金屬表面綜合處理技術(shù)在鋼絲制品行業(yè)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋼絲在拉拔或沉積表面鍍層前必須進行表面準(zhǔn)備，以去除鋼絲表面在存放、熱處理等過程中產(chǎn)生的油、銹、氧化皮、灰塵等污染物，或者鋼絲表面原本殘存的拉拔潤滑劑、磷化膜等。常規(guī)的處理方法是采用硫酸或鹽酸等強酸浸泡清洗，其速度慢而且有大量酸霧溢出，勞動環(huán)境極差，清洗過程不易控制，易產(chǎn)生清洗不完全或過酸洗現(xiàn)象，還會產(chǎn)生表面不均勻腐蝕、鋼絲直徑過度減少等缺陷，某些對氫較敏感的材料還易吸氫產(chǎn)生氫脆。使用過程中所產(chǎn)生的大量酸霧溢出設(shè)備后會對廠房結(jié)構(gòu)、周圍設(shè)備產(chǎn)生強烈的腐蝕。如果對酸霧進行處理，則需要價格昂貴的處理設(shè)備，日常維護費用高，不適應(yīng)快速的在線連續(xù)清洗要求。廢酸酸度高，處理困難，費用高，污染大。另外一種現(xiàn)行的清洗方法是電解酸洗，雖然在清洗速度及清洗質(zhì)量等方面有較大提高，但是仍然無法克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速、清潔環(huán)保、高質(zhì)量的鋼絲表面化學(xué)清洗清潔化生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，具體是一種大功率超聲波鋼絲表面清洗方法及其設(shè)備。
本發(fā)明的清洗設(shè)備由電氣控制柜、清洗槽、清洗液儲液槽、清洗液輔助儲液槽、清洗液循環(huán)泵、清洗液輔助循環(huán)泵和失效清洗液回收系統(tǒng)等組成。清洗槽內(nèi)的底部安裝有浸入式超聲波振板；儲液槽和輔助儲液槽位于清洗槽的下方；清洗槽的外側(cè)設(shè)有清洗液回流槽，并在回流槽的底部設(shè)有分別與儲液槽和輔助儲液槽連通的第一回流管和第二回流管，回流管的通斷通過安裝在它們上面的閥門控制，使回流清洗液流回儲液槽或輔助儲液槽；清洗槽的底部還設(shè)有分別與儲液槽和輔助儲液槽連通的第一排液管和第二排液管，排液管的通斷靠安裝在它們上面的閥門控制，可以使清洗槽中的液體排放到儲液槽或輔助儲液槽中；循環(huán)泵和輔助循環(huán)泵分別將儲液槽和輔助儲液槽與清洗槽連通；清洗槽的內(nèi)部還設(shè)有多個鋼絲導(dǎo)向器。
所述失效清洗液回收系統(tǒng)由加藥槽、加藥泵、回收處理槽、過濾加壓泵、過濾機等順序相連而成。其中，處理槽的內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，底部設(shè)有壓縮空氣攪拌管。過濾加壓泵通過管道連接在處理槽的底部與過濾機的入口之間，將經(jīng)過處理的原失效清洗液送入過濾機內(nèi)進行過濾。
一種運用本發(fā)明所述的清洗設(shè)備清洗鋼絲表面的方法，包括以下步驟(1)在清洗槽、儲液槽及輔助儲液槽內(nèi)充滿清洗液，接通設(shè)備電源；(2)開啟循環(huán)泵或輔助循環(huán)泵，使清洗液在清洗槽與儲液槽或輔助儲液槽之間循環(huán)；(3)清洗液中工業(yè)磷酸的重量百分比含量為10％～30％，使用溫度為40℃～70℃；(4)將每塊超聲波振板的額定超聲功率設(shè)定在1KW～3KW之間；(5)鋼絲從清洗槽中的超聲波振板的上方連續(xù)通過清洗液，在超聲波的空化作用和清洗液的化學(xué)作用的協(xié)同處理下，快速完成清洗；
(6)定期將失效清洗液通過回收系統(tǒng)進行回收處理；(7)將經(jīng)過處理的清洗液重新送回儲液槽或輔助儲液槽，循環(huán)使用。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.由于是清洗液與大功率超聲波共同作用，因而大大提高了清洗速度，實現(xiàn)了鋼絲的在線連續(xù)快速清洗。所需清洗時間根據(jù)不同表面狀況最短的只需3～5秒鐘，最長的也不超過1.5分鐘，尤其適合于展開式在線連續(xù)清洗作業(yè)。
2.清洗液在清洗過程中只揮發(fā)出水蒸汽，無其它有害氣體散出，無酸霧溢出，對周圍設(shè)備及廠房結(jié)構(gòu)無侵蝕。
3.清洗液只與鋼絲表面的污物發(fā)生作用，不與鋼絲母材反應(yīng)，對金屬本體無腐蝕，清洗過程中沒有H的析出，不會產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，不會改變鋼絲原有線徑。
4.失效清洗液經(jīng)回收處理后可以重復(fù)使用，無廢液排放，對環(huán)境無危害。
5.由于超聲波清洗能夠得到高的鋼絲表面質(zhì)量，使后續(xù)進一步的表面處理質(zhì)量得到保證。
6.使用的超聲波振板及超聲波發(fā)生器采用單元式設(shè)計，方便組合，每塊振板的工作狀態(tài)可以單獨控制，工作可靠，適應(yīng)性強。
7.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單明確，易于實現(xiàn)，方便操作及維修維護。
8.控制功能齊全，各部件設(shè)計合理可靠，可實現(xiàn)長年連續(xù)生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理的主視圖；圖2是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理的俯視圖；圖3是本發(fā)明設(shè)備中的失效清洗液回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的清洗設(shè)備及其生產(chǎn)工藝進行詳細的描述。
如圖1-3所示，本發(fā)明的清洗設(shè)備主要由電控柜1、清洗槽2、儲液槽6、輔助儲液槽7、循環(huán)泵10、輔助循環(huán)泵10′、失效清洗液回收系統(tǒng)11～18等組成。如圖2所示，清洗槽2安裝于儲液槽6及輔助儲液槽7的側(cè)上方。浸入式超聲波振板4安裝于清洗槽2的底部，超聲波發(fā)射面向上。失效清洗液回收系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場情況擇地安裝，通過管道與儲液槽6及輔助儲液槽7連接。電控柜1安裝于清洗槽2附近，通過電纜線與用電設(shè)施連接。
如圖1-2所示，清洗槽2的外側(cè)設(shè)有清洗液回流槽5，并在回流槽5底部設(shè)有分別與儲液槽6和輔助儲液槽7連通的第一回流管8和第二回流管8′，回流管的通斷通過安裝在它們上面的閥門控制，使回流清洗液流回儲液槽6或輔助儲液槽7中。清洗槽2的底部還設(shè)有分別與儲液槽6和輔助儲液槽7連通的第一排液管9和第二排液管9′，排液管的通斷靠它們上面的閥門控制，可以使清洗槽2中的液體排放到儲液槽6或輔助儲液槽7中。循環(huán)泵10和輔助循環(huán)泵10′分別將儲液槽6和輔助儲液槽7與清洗槽2連通。清洗槽2的內(nèi)部還設(shè)有多個鋼絲導(dǎo)向器3。
其中，所述清洗槽2的數(shù)量為1個或2個，其長度和寬度根據(jù)被處理鋼絲的根數(shù)、間距、鋼絲送進速度以及鋼絲表面污垢狀況等因素確定，一般情況下，清洗槽的長度為3～20m，寬度為0.15～1m。
其中，所述浸入式超聲波振板4的數(shù)量一般不小于三塊，每塊振板的額定超聲功率在1kW～3kW的范圍內(nèi)，工作頻率在18kHz～50kHz的范圍內(nèi)，多數(shù)情況下選用頻率在20kHz～30kHz的范圍內(nèi)。振板的長、寬尺寸及數(shù)量也根據(jù)上述情況確定，一般情況下，每塊振板的長度為0.6～2m，寬度為0.1～0.9m。每一塊振板的工作狀態(tài)可以單獨控制。
其中，清洗液儲存在儲液槽6及輔助儲液槽7中。一般情況下，清洗液儲液槽6的容積為3～20m3，輔助儲液槽的容積小于10m3。清洗液通過循環(huán)泵10或輔助循環(huán)泵10′送入清洗槽2，再從清洗槽兩端溢出到回流槽5，通過回流管8或8′流回儲液槽6或輔助儲液槽7，從而實現(xiàn)清洗液的循環(huán)。設(shè)置輔助儲液槽7的目的是，當(dāng)儲液槽6中的清洗液達到失效時，可以及時補充功能正常的清洗液，同時，保證失效清洗液回收系統(tǒng)有足夠的時間對儲液槽6中的失效清洗液進行處理，使之重新恢復(fù)使用功能，如此循環(huán)往復(fù)使正常生產(chǎn)能夠連續(xù)進行。被清洗的鋼絲穿過清洗槽兩端的導(dǎo)向器并通過超聲波振板的上方，在超聲波的空化作用及清洗液的化學(xué)作用的協(xié)同處理下，快速完成清洗過程，每次可同時清洗最多達48根鋼絲。
其中，所述鋼絲導(dǎo)向器3的數(shù)量根據(jù)清洗槽2的長度而定，用于鋼絲行進過程中的導(dǎo)向，防止鋼絲過度下繞摩擦超聲波振板4以及可能發(fā)生的清洗槽內(nèi)亂絲現(xiàn)象。
隨著清洗過程的進行，清洗液的清洗效力會逐漸降低，最終失效，如果排放會對環(huán)境造成污染并損失掉大量有效成分。對此，本發(fā)明設(shè)計了一種對失效清洗液進行回收的系統(tǒng)和方法，失效清洗液經(jīng)處理后可重復(fù)使用，不向外界排放廢液。
如圖3所示，本發(fā)明的失效清洗液回收系統(tǒng)主要由加藥槽11、加藥泵12、回收處理槽13、過濾加壓泵16、過濾機17等順序連接組成。加藥泵12通過管道將儲存在加藥槽11內(nèi)的處理藥劑送入回收處理槽13內(nèi)，過濾加壓泵16通過管道連接在處理槽13的底部與過濾機17的入口之間，將經(jīng)過處理的原失效清洗液送入過濾機17內(nèi)。被過濾液體中的固體渣子為廢棄物留存在過濾機內(nèi)定期清除，濾出的清潔液體通過管道18送回儲液槽6或輔助儲液槽7。
失效清洗液的回收處理方法為氧化沉淀分離法。處理藥劑為一種氧化劑，藥劑與失效清洗液中的Fe2+離子發(fā)生反應(yīng)，生成的Fe3+與失效清洗液中的PO43-反應(yīng)，從而去除了液體中的Fe2+離子，原失效清洗液中留存的大量H3PO4和其它有效成份得到保留。處理過的液體通過加壓泵16、過濾機17、管道18送回到儲液槽6或輔助儲液槽7，經(jīng)過化驗調(diào)整，補足有效成份，使得原失效的清洗液重新恢復(fù)使用功能。沉淀下來的FePO4通過過濾機制成渣餅存放。由于FePO4在自然條件下極難溶解于水，不會對環(huán)境造成重新污染，因而，本發(fā)明可將因設(shè)備使用對環(huán)境的損害降到最小。
本發(fā)明使用的清洗液是專門研制的一種可通過氧化沉淀法進行回收處理的水溶性酸性清洗液，其主要成份為工業(yè)磷酸，其含量根據(jù)被清洗鋼絲表面狀況控制在10％～30％(重量比)之間。另外，清洗液還可以配合我們研制的JXA-2添加劑共同使用。該添加劑的主要功能是(1)緩蝕，(2)降低清洗液表面張力，提高清洗液滲透性，(3)掩蔽有害離子，穩(wěn)定清洗效果。JXA-2添加劑的加入量為0.2～0.5％(重量比)，其余為水。配制好的清洗液對碳鋼的緩蝕率應(yīng)大于90％，正常使用時溫度在40℃～70℃之間。這種清洗液在70℃以下使用，對鋼鐵金屬的腐蝕率極低，其腐蝕率低于5g/m2·h，在如此低的腐蝕率下，可以認(rèn)為在清洗過程中，清洗液只對鋼絲表面的氧化層及其它污垢起作用而不腐蝕金屬基體。這種清洗液去除氧化層的機理為，，，其它污垢的去除主要是利用了清洗液的分散乳化性能。
上述清洗液中的磷酸在清洗溫度范圍內(nèi)極難蒸發(fā)到空氣中，而且清洗過程中也極少有可產(chǎn)生氣體的反應(yīng)發(fā)生，因而蒸發(fā)到周圍空氣中的酸霧等有害氣體極少，實踐證明不會對周圍設(shè)備及人員造成危害，是一種清潔化生產(chǎn)的清洗液。
由于磷酸的酸性較弱，僅僅使用上述清洗液進行鋼絲表面清洗，需要較長的時間，一般情況下需10～20分鐘，這樣的清洗效率不能滿生產(chǎn)需要。因此，本發(fā)明采用了向清洗液中發(fā)射大功率超聲波的方法，極大提高了清洗速度，超聲波在清洗液中傳播時在鋼絲表面產(chǎn)生的空化效應(yīng)帶來的高溫高壓沖擊，大大促進了鋼絲表面污垢的剝離、分散和乳化過程，同時也大大加速了酸液與氧化物的反應(yīng)過程，使清洗時間降低到1.5分鐘以下，對某些種類的鋼絲僅需3～5秒鐘即可完成清洗過程，實現(xiàn)了對鋼絲表面進行快速清洗的需求。
隨著清洗過程的進行，清洗液中溶解的Fe2+離子會逐漸增多，當(dāng)Fe2+離子濃度達到一定程度時，清洗液的清洗效果會明顯下降而不能滿足鋼絲的清洗要求，這時則需要對其進行回收處理。正常使用時每升清洗液中的Fe2+含量應(yīng)小于45克，清洗液的pH值控制在0.5～1.5之間，經(jīng)回收處理后的每升清洗液中Fe2+及Fe3+的含量應(yīng)不大于5克。
實施例1同時清洗鋼絲數(shù)量為24根，清洗槽2長8m，寬0.65m；超聲波振板4的尺寸為長0.8m，寬0.5m，每塊功率2KW，頻率25KHz，共6塊；儲液槽6的容積為10m3；輔助儲液槽7的容積為3m3；回收處理槽13的容積為10m3；鋼絲在清洗槽2中的清洗時間為30～50s。清洗液中Fe2+濃度在到40～45g/l時進行回收處理，每次處理的清洗液量約為10m3。
實施例2同時清洗鋼絲數(shù)量為18根，清洗槽2長8m，寬0.6m；超聲波振板4的尺寸為長0.8m，寬0.45m，每塊功率2KW，頻率25KHz，共5塊；儲液槽6的容積為10m3；鋼絲在清洗槽2中的清洗時間為30～50s。清洗液中Fe2+濃度在到40～45g/l時進行回收處理，每次處理的清洗液量約為10m3。
實施例3同時清洗鋼絲數(shù)量為28根，清洗槽2長10m，寬0.4m；數(shù)量為2個并排；超聲波振板4的尺寸為長0.9m，寬0.35m，每塊功率2KW，頻率25KHz，共10塊振板；儲液槽6的容積為15m3；無輔助儲液槽7；回收處理槽13的容積為5m3；鋼絲在清洗槽2中的清洗時間為15～30s。清洗液中Fe2+濃度在到30g/l時進行回收處理，每次處理的清洗液量約為5m3。
權(quán)利要求
1.一種大功率超聲波鋼絲表面清洗設(shè)備，包括電氣控制柜(1)、清洗槽(2)、清洗液儲液槽(6)和清洗液循環(huán)泵(10)，循環(huán)泵(10)連通儲液槽(6)和清洗槽(2)，其特征在于(1)清洗槽(2)內(nèi)的底部裝有浸入式超聲波振板(4)，每塊超聲波振板(4)的額定超聲功率在1KW～3KW的范圍內(nèi)，振板數(shù)量不少于3塊；(2)還包括清洗液輔助儲液槽(7)和清洗液輔助循環(huán)泵(10′)，儲液槽(6)和輔助儲液槽(7)位于清洗槽(2)的下方，輔助循環(huán)泵(10′)連通輔助儲液槽(7)和清洗槽(2)；(3)清洗槽的外側(cè)設(shè)有清洗液回流槽(5)，回流槽(5)的底部設(shè)有分別連通儲液槽(6)和輔助儲液槽(7)的第一回流管(8)和第二回流管(8′)；(4)清洗槽(2)的底部設(shè)有分別連通儲液槽(6)和輔助儲液槽(7)的第一排液管(9)和第二排液管(9′)，清洗槽(2)的內(nèi)部設(shè)有多個鋼絲導(dǎo)向器(3)；(5)還設(shè)有失效清洗液回收系統(tǒng)(11～18)，用于對失效清洗液進行回收處理，以便被循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述超聲波振板(4)的工作頻率在18KHz～50KHz的范圍內(nèi)，振板采用單元式設(shè)計，每塊振板的工作狀態(tài)可以單獨控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述工作頻率為20KHz～30KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述回流管(8，8′)和排液管(9，9′)上均裝有閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述失效清洗液回收系統(tǒng)(11～18)由加藥槽(11)、加藥泵(12)、處理槽(13)、過濾加壓泵(16)、過濾機(17)順序連接而成，處理槽(13)的內(nèi)部設(shè)有加熱裝置(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述處理槽(13)的底部設(shè)有壓縮空氣攪拌管(15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述過濾加壓泵(16)通過管道連接于處理槽(13)的底部與過濾機(17)的入口之間，將經(jīng)過處理的原失效清洗液送入過濾機(17)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述清洗液是以工業(yè)磷酸為主要成份的水溶性清洗液，其中工業(yè)磷酸的重量百分比含量在10％～30％之間，使用溫度為40℃～70℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、6或7任一項所述的清洗設(shè)備，其特征在于所述清洗液是以工業(yè)磷酸為主要成份的水溶性清洗液，其中工業(yè)磷酸的重量百分比含量在10％～30％之間，使用溫度為40℃～70℃。
10.一種運用權(quán)利要求1-9任一項所述的清洗設(shè)備清洗鋼絲表面的方法，所述設(shè)備包括電氣控制柜(1)、清洗槽(2)、清洗液儲液槽(6)、輔助儲液槽(7)、清洗液循環(huán)泵(10)、輔助循環(huán)泵(10′)和失效清洗液回收系統(tǒng)(11～18)，在清洗槽(2)的底部裝有不少于3塊的浸入式超聲波振板(4)，該方法包括以下步驟(1)在清洗槽(2)、儲液槽(6)、輔助儲液槽(7)內(nèi)充滿清洗液，接通設(shè)備電源；(2)開啟循環(huán)泵(10)或輔助循環(huán)泵(10′)，使清洗液在清洗槽(2)與儲液槽(6)或輔助儲液槽(7)之間循環(huán)；(3)清洗液中工業(yè)磷酸的重量百分比含量為10％～30％，使用溫度為40℃～70℃；(4)將每塊超聲波振板(4)的額定超聲功率設(shè)定在1KW～3KW之間；(5)鋼絲從清洗槽(2)中的超聲波振板(4)的上方連續(xù)通過清洗液，在超聲波的空化作用和清洗液的化學(xué)作用的協(xié)同處理下，快速完成清洗；(6)定期將失效清洗液通過回收系統(tǒng)(11～18)進行回收處理；(7)將經(jīng)過處理的清洗液重新送回儲液槽(6)或輔助儲液槽(7)，循環(huán)使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于將所述超聲波振板(4)的工作頻率設(shè)定為18KHz～50KHz。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述清洗槽(2)的外側(cè)設(shè)有清洗液回流槽(5)，清洗液通過回流槽(5)底部的第一回流管(8)和第二回流管(8′)分別回流到儲液槽(6)和輔助儲液槽(7)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12任一項所述的方法，其特征在于所述清洗液通過清洗槽(2)底部的第一排液管(9)和第二排液管(9′)分別排放到儲液槽(6)和輔助儲液槽(7)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于所述失效清洗液回收系統(tǒng)(11～18)由加藥槽(11)、加藥泵(12)、處理槽(13)、過濾加壓泵(16)、過濾機(17)順序連接而成，處理槽(13)的內(nèi)部設(shè)有加熱裝置(14)，處理槽(13)的底部設(shè)有壓縮空氣攪拌管(15)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述過濾加壓泵(16)通過管道連接于處理槽(13)的底部與過濾機(17)的入口之間，將經(jīng)過處理的原失效清洗液送入過濾機(17)內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-12或15任一項所述的方法，其特征在于所述失效清洗液的回收處理方法為氧化沉淀分離法。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述失效清洗液的回收處理方法為氧化沉淀分離法。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述失效清洗液的回收處理方法為氧化沉淀分離法。
全文摘要
一種鋼絲表面化學(xué)清洗清潔化生產(chǎn)工藝及設(shè)備，具體是碳鋼或低合金鋼鋼絲表面的超聲波清洗方法及設(shè)備，能快速有效去除鋼絲表面的銹蝕、氧化皮和其它沾附污染物。設(shè)備包括清洗槽、儲液槽、輔助儲液槽、循環(huán)泵、輔助循環(huán)泵和失效清洗液回收系統(tǒng)。清洗槽的底部設(shè)有浸入式超聲波振板及與儲液槽和輔助儲液槽連通的排液管，外側(cè)設(shè)有回流槽。本發(fā)明采用大功率超聲波振板，其額定超聲功率為1～3kW，工作頻率為18～50kHz。清洗液是以工業(yè)磷酸為主要成分的酸性清洗液，其中工業(yè)磷酸的重量百分比含量為10～30％，使用溫度40～70℃。利用失效清洗液回收系統(tǒng)對失效的清洗液進行回收處理，不排放廢液，既降低成本又確保環(huán)保。清洗中無酸霧和有害氣體揮發(fā)，清洗后的鋼絲表面質(zhì)量高。
文檔編號C11D3/36GK1565759SQ0314662
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者高俊華, 臧金明 申請人:北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司