中冶南方酸洗机组在线脱硅工艺-江苏省钢铁行业协会

1 前言

在冷轧生产过程中，酸洗机组主要用于去除热轧带钢表面的氧化铁皮，以保证后续冷轧工序顺利进行。随着高强钢及硅钢产品比例不断提高，在酸洗过程中，带钢表面氧化层中的硅元素会以微细颗粒的形式进入酸洗液循环系统，并逐渐积累形成含硅污泥。尤其是近年来，随着新能源产业发展及高牌号硅钢需求持续增长，机组产能不断提升，对酸洗工艺稳定性的要求也随之提高。

这些硅泥颗粒主要以非晶态SiO₂形式存在，粒径通常处于微米级范围，在酸洗液中的溶解度极低。当酸洗液中硅泥浓度逐渐升高时，极易在酸液循环系统中的阀门、喷嘴、换热器及管道等关键部位沉积，从而造成设备堵塞甚至损坏，影响机组正常运行。同时，硅泥裹挟酸液极易吸附在带钢表面，并粘附在挤干辊等设备部件上，产生漂洗斑、漂洗污渍等缺陷，严重影响漂洗质量。

为保证酸洗机组连续稳定生产，通常在酸液循环系统中设置在线脱硅系统，通过化学絮凝沉降的方法去除酸洗液中的硅泥颗粒，从而维持酸液中SiO₂含量在合理范围内。

本文结合工程项目实践，对冷轧酸洗机组在线脱硅系统的工艺原理及硅泥处理方式进行介绍，并对碱液冲洗系统及部分设计优化措施进行分析，以期为类似酸洗机组脱硅系统设计与运行提供参考。

2 在线脱硅系统工艺

酸洗液中的硅泥颗粒多以胶体或微细悬浮颗粒形式存在，在酸性环境下具有较强稳定性，难以自然沉降。因此，需要通过化学絮凝的方法促使其聚集形成较大的颗粒，从而实现固液分离。

在线脱硅系统以“化学絮凝-重力沉降”为核心原理，通过分步投加助凝剂与高分子絮凝剂，使酸洗液中的硅泥颗粒逐步脱稳并形成可沉降絮团。典型短流程脱硅工艺流程主要包括以下三个阶段：

1）助凝反应阶段。含硅酸洗液由酸液循环罐经输送泵送入助凝剂混合罐，在搅拌作用下与助凝剂充分混合。助凝剂通过电荷中和作用削弱硅泥颗粒之间的静电排斥力，从而破坏胶体稳定状态。

2）絮凝反应阶段。经助凝处理后的混合液进入絮凝剂混合罐，投加高分子絮凝剂并继续搅拌。絮凝剂通过吸附架桥作用使脱稳颗粒相互联结并逐渐生长，形成粒径较大的絮凝体。

3）沉降分离阶段。完成絮凝反应的混合液进入沉淀反应罐，在低流速条件下进行重力沉降，实现絮凝体与酸液的固液分离。净化后的酸液从罐体上部溢流返回酸液循环系统继续使用，而沉降于罐底的硅泥则输送至后续处理单元。

沉淀罐排出的硅泥可根据现场需求选择压滤、中和、真空干燥或组合工艺进行减量化与无害化处理，以满足环保排放或资源回用要求。

该在线脱硅工艺规避了传统酸液升降温的弊端，具有流程短、结构简单、运行稳定及维护便捷等优势，已在冷轧酸洗机组中得到广泛应用。通过对酸洗液的连续净化，可显著改善循环系统运行工况，降低设备结垢与腐蚀速率，延长机组使用寿命，同时为后续冷轧、退火等工序提供稳定酸液保障。

3 硅泥处理工艺

在线脱硅系统在实现酸液净化的同时，会持续产生高含水率、强酸性的含硅污泥。这类污泥若直接处置，不仅因含水率高导致运输与储存难度大、危废处置费用高昂，其酸性腐蚀性还会对设备、管线及周边环境造成潜在风险。因此，在脱硅系统工程设计中，需结合业主环保要求、处置成本及场地条件，配置针对性的硅泥处理工艺，以实现污泥减量化、稳定化与无害化。

3.1 压滤处理

压滤脱水是酸洗脱硅系统中应用最为广泛的固液分离工艺。沉淀罐底部排出的硅泥经污泥泵输送至板框压滤机，在0.5-1.2MPa的压力作用下实现固液分离。污泥中的水分透过滤布排出，而固体颗粒被截留形成滤饼。经压滤处理后，硅泥滤饼含水率一般可降低至50%-65%，从而显著减少污泥体积并降低后续处置成本。

3.2 中和处理

脱硅污泥中通常夹带一定量盐酸，其pH值一般在1-3范围内，具有较强腐蚀性。因此，在对设备防腐要求较高或环保标准较严格的项目中，通常在压滤或干燥前设置中和处理单元。

中和工艺一般采用氢氧化钠溶液作为中和剂，通过计量泵投加至污泥搅拌罐中，在充分混合条件下与污泥中的氢离子发生中和反应：H⁺ + OH^⁻→ H₂O。

通过调节碱液投加量，可将污泥pH值控制在6-9的范围，从而降低腐蚀性，并改善后续脱水性能。

3.3 真空干燥处理

对于危废处置费用较高或污泥减量化要求较高的项目，可在压滤或中和后设置真空干燥装置。污泥在-0.08～-0.095MPa的真空条件及60-90℃的温度下进行低温干燥，使水分快速蒸发，根据干燥需要，可控制污泥含水率，污泥含水率可进一步降低至1%-25%，从而显著减少外运量。

3.4 硅泥处理工艺组合

在实际工程中，硅泥处理方式可根据业主需求进行灵活配置，常见处理方式见表1。通过合理选择处理工艺，可在满足环保要求的同时，实现设备投资和运行成本的平衡。

4 碱液冲洗系统

在酸洗机组长期运行过程中，部分硅泥颗粒可能在管道、阀门及换热器等部位逐渐沉积。当系统运行时间较长或设备检修时，这些沉积物可能导致局部堵塞，从而影响系统正常运行。

硅泥主要成分为SiO2，在酸性条件下溶解度极低，但在碱性条件下可逐渐生成可溶性的硅酸盐。因此，在脱硅系统设计中通常设置碱液冲洗系统，通过碱性溶液对沉积硅泥进行溶解和冲刷，以恢复设备正常状态。

碱液冲洗系统一般由碱液储罐、输送泵、冲洗管路及控制阀门等组成。在设备检修或维护期间，通过向相关管路中注入一定温度和浓度的碱性溶液，对喷嘴、阀门及换热器等关键部位进行冲洗，使附着在设备内壁的硅泥沉积物溶解并随液体排出系统。

通过定期实施碱液冲洗，可有效防止硅泥在设备内部积聚，提高系统运行可靠性，并减少设备维护工作量。

5 系统设计优化

在实际工程应用中，除合理选择脱硅工艺及硅泥处理方案外，通过对系统运行条件和设备布置进行优化，同样能够进一步提升脱硅效率并改善系统稳定性。

首先，通过优化助凝剂与絮凝剂的投加方式，并采用计量泵联动控制，可根据酸液循环量对药剂投加量进行调节，从而提高絮凝反应效率并降低药剂消耗。其次，通过合理控制混合反应阶段的搅拌强度与反应停留时间，有利于絮团形成和生长，提高后续沉降分离效果。再者，通过优化槽体结构，如合理布置安山岩、槽底锥度、回流口、侧喷口等，结合循环系统流量压力设定，提高系统运行的稳定性。最后，在管道系统设计中通过优化管路布置，可减少液流扰动和污泥沉积，提高固液分离效率。缩短沉淀罐至在线酸罐的距离，进一步降低热损失，结合液位监测与自动加药系统，还可实现脱硅系统的稳定运行和自动化管理。

通过上述优化措施，可在不增加大型设备投资的情况下，进一步提升脱硅系统的运行效率与可靠性。

6 典型工程案例介绍

为验证在线脱硅系统的工程应用效果，中冶南方在10多个冷轧酸洗机组项目中进行了实践应用，形成不同规模及不同处理方案的典型工程案例。以下介绍部分典型工程业绩。

6.1 客户1：压滤方案

客户1的常化酸洗机组采用“在线脱硅+压滤脱水”的硅泥处理方案。系统配置助凝、絮凝混合罐、沉淀罐及板框压滤机，对酸液循环系统中的硅泥进行连续去除和固液分离。

运行结果表明，该系统能够稳定降低酸液中的硅泥浓度，保证酸液循环系统的长期稳定运行。压滤后形成的硅泥滤饼厚度约18mm，含水率约65%，出泥量约500kg/班（8h），便于运输与后续处置，能够满足项目环保处理要求。

6.2 客户2：中和+压滤方案

客户2的常化酸洗机组采用“中和+压滤”的硅泥处理方案。系统在脱硅沉淀单元后设置污泥中和装置，通过投加碱液对含硅污泥进行中和处理，使污泥pH值由酸性调节至中性范围，从而降低腐蚀性并改善后续脱水性能。

在该工艺中，沉淀罐底部排出的硅泥首先进入中和搅拌罐进行pH调节，随后输送至压滤机进行固液分离，形成含水率较低的硅泥滤饼，实现了硅泥的减量化处理。

此外，该项目对脱硅系统进行了紧凑化布置设计，全线共配置3.5套脱硅系统，通过优化设备布置取消传统独立辅房设置，减少约3间独立建筑，并减少钢结构用量约15t。同时，短流程脱硅工艺使单套系统运行热能损耗降低约150kW，脱硅效率提高约20%。

6.3 客户3：真空干燥方案

客户3的高强钢酸洗机组采用真空干燥的深度处理方案，以降低危废处置成本。该项目中，脱硅系统对酸液中的硅泥具有较高去除效率，硅泥脱除率可达到85%-90%。经真空干燥处理后，污泥呈粉末状颗粒，含水率显著降低，从而大幅减少危废外运量和处置费用。

7 小结

中冶南方基于冷轧酸洗领域多年的技术积累并结合持续的技术创新，针对冷轧酸洗机组运行过程中硅泥逐渐富集、易造成设备沉积堵塞并影响机组稳定运行的问题，开发形成了适用于酸洗机组的在线脱硅工艺。该工艺通过对酸洗液中硅泥颗粒进行连续去除，可有效降低酸液中SiO2含量，改善酸液循环系统运行条件，减少设备结垢与堵塞风险，从而提升酸洗机组运行稳定性及漂洗质量。

该技术已在多个冷轧酸洗机组工程项目中得到应用，并可根据不同工程需求配置压滤、中和及真空干燥等多种硅泥处理方案。工程运行结果表明，在线脱硅系统运行稳定、适应性强，可有效改善酸洗系统运行工况，为冷轧酸洗机组的稳定生产及环保处理提供了可靠的技术参考。

（李梓伦陈林风熊展单欣张毅黎浩）