钢板表面腐蚀面积快速测算方法研究.pdf

第 3 期钢板表面腐蚀面积快速测算方法研究张文海（北京中冶力和科技有限公司，北京100176）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：随着工业化进程的不断加速，钢铁制品在各个领域中的应用越来越广泛，对钢铁制品表面腐蚀的研究具有非常重要的意义，通过对不同尺寸和形状的钢板进行模拟实验，建立了一个准确度较高的模型，利用该模型在实际数据上进行验证，并得出相应的结果。文章提出了一种新的算法来实现钢板表面腐蚀区域的快速测量，其精度与传统方法相比具有更高的效率和更低的时间成本。关键词：钢板；腐蚀面积；快速测算作者简介：张文海（1972），男，北京人，主要从事机械设计工作。在现代工业生产中，钢铁制品的使用率越来越高，但由于环境污染和化学反应等原因，钢铁制品极容易受到腐蚀，因此，需要一种测量钢铁制品表面腐蚀面积的方法，能快速准确测量腐蚀面积。通过对该方法的研究与应用，为钢铁制品的质量控制提供有力支持，文章详细介绍该方法的基本原理及实现步骤，以及其在实际应用中的可行性分析，同时对该方法的应用前景做出展望，文章主要围绕钢铁制品表面腐蚀问题展开。1钢板表面腐蚀面积测量原理1.1腐蚀电化学过程在钢铁表面的腐蚀过程中，铁离子和氧气反应生成了 FeO，这种反应是通过电子转移实现的，即由氧化态的氧原子向还原态的铁离子中释放出电子，形成一个金属-氧化物复合物，这个过程被称为腐蚀电化学过程。在这个过程中，铁离子与氧分子之间的键能差决定了反应速率的大小，当铁离子和氧分子结合时，需要克服一定的能量障碍才能发生反应，那么反应速度就会更快；反之则慢，了解腐蚀电化学过程对于理解钢铁表面腐蚀机理非常重要，在实际应用中，钢铁表面的腐蚀通常是由于环境因素引起的。例如，大气中的酸雨会加速钢铁表面的腐蚀，腐蚀电化学过程也会受到影响，要更好地控制钢铁表面的腐蚀情况。1.2腐蚀电化学过程的电极反应钢板腐蚀的电化学反应非常复杂，最主要的是铁与氧气之间的氧化还原反应，在这个过程中，铁原子会失去 6 个电子形成一个金属离子 Fe3，这个离子又会被氧原子吸收 6 个电子形成一个氧离子 O2-，从而完成整个反应。在这种反应中，铁原子和氧原子之间存在着一定的平衡点，当钢铁中的铁原子数量超过了平衡点时，就会发生氧化反应；而当钢铁中的铁原子数目低于平衡点时，则会产生还原反应。对于钢板表面腐蚀的研究需要考虑这些因素，为了更好地理解腐蚀电化学过程的电极反应，需要先了解基本概念，如电位，是指在一个溶液或固体材料中两个不同物质间的电势差。由于铁原子和氧原子之间存在一定程度的电势差异，所以会在电场的作用下产生电荷分布。电极反应的过程，是指在电极作用下，两种不同的物质之间发生的化学反应，例如，在钢铁表面，氧气分子将与铁原子结合在一起，并释放出能量来驱动电流流动咱1暂。1.3腐蚀电化学过程的数学模型腐蚀是指金属材料在外部环境作用下发生的物质分解反应，其主要形式包括氧化腐蚀、酸腐蚀，以及盐水腐蚀等多种类型，最常见且最重要的是氧气与铁之间的氧化反应。为了准确地计算出钢铁板表面的腐蚀面积，必须先建立一个相关的数学模型来描述该过程，例如，当钢铁板暴露于空气中时，氧气分子会通过扩散进入金属内部并与铁原子发生反应，在这个过程中，会产生大量的自由基离子和电子，这些离子和电子会在金属表面上形成微观裂纹或表面缺陷，这些裂缝和缺陷将会导致整个钢铁板表面的腐蚀咱2暂。如图 1 所示。图 1腐蚀电化学过程反应图CuFeOFe2+2e-O2O2H+H+H2OCu1.4腐蚀电化学过程的数值模拟首先，需要了解钢铁表面腐蚀的过程和影响因素，其主要原因是金属与氧气反应生成铁氧化物，从而导致金属表面失去原有的结构和性能，需要对腐蚀电化学过程进行详细分析和建模，以确定腐蚀电流密度、腐77冶金与材料第 44 卷蚀速度，然后，使用这些数据来建立一个数学模型，并利用计算机程序对其进行仿真，可以得出准确的腐蚀面积值。在实际应用中，数值模拟可以为钢板表面腐蚀面积的估算提供可靠的数据支持，还可以帮助工程师们更好地理解腐蚀现象的本质规律，从而制定更加有效的防腐措施，数值模拟也可以用于预测钢板表面腐蚀的速度和深度，以便提前采取必要的防护措施。1.5腐蚀电化学过程的测量方法在钢铁材料中，腐蚀是一种常见的破坏方式，更好地控制和预测钢铁材料的腐蚀性能，需要对其进行准确地测量，目前常用的测量方法包括光学法、X 射线荧光光谱分析法、扫描电子显微镜（SEM）以及电化学测试法。电化学测试法是近年来发展较快的一种技术手段，通过对金属材料与腐蚀介质之间的电化学反应进行监测和分析，来确定其腐蚀机理及其影响因素，该方法具有检测速度快、精度高、操作简单等优点。腐蚀电化学过程是影响钢铁材料腐蚀的主要因素，对腐蚀电化学过程的研究具有重要的意义，腐蚀电化学过程是指金属与溶液中的离子之间发生的反应过程，这种过程中产生的电流可以通过电极来检测出来，可以计算出腐蚀电化学过程所消耗的能量以及其速度，还可以使用其他传感器如电阻率计或电压计来监测腐蚀电化学过程的变化情况咱4暂。2钢板表面腐蚀面积测量装置设计2.1腐蚀面积测量装置总体方案文章提出了一种基于激光雷达技术的快速测算方法，并通过实验验证了其有效性。检测装置主要包括激光雷达仪、控制器以及数据处理软件，激光雷达仪是整个检测系统的核心部分，可实时获取物体周围的三维空间信息，并将这些信息转化为数字信号，同时还采用一些先进的图像处理算法来提高检测精度和可靠性。2.2腐蚀面积测量装置机械系统设计该装置主要由以下几个部分组成：首先，需要稳定的支架来固定钢铁板的位置，支架的设计应能够承受一定的重量和振动，同时保证其稳定性；其次，为了方便对钢铁板进行测量和记录数据，采用数字摄像机进行自动拍摄并存储图像，保证较高的分辨率和清晰度。另外，还需要一个控制器来驱动整个设备的工作流程，并为设备添加了一些传感器，以检测金属板表面的腐蚀程度，这些传感器包括温度计、湿度计、压力计，可以准确地测量出钢铁板表面的腐蚀面积。在机械系统的设计过程中，还需要考虑多个因素的影响。例如，支架的安装是否容易操作和维护。另外，对于摄像机的选择来说，尽量选择高质量且价格合理的产品，这样才能满足需求而不会过于昂贵。控制器上添加程序代码，使设备能够自动完成测量工作咱5暂。2.3腐蚀面积测量装置的控制系统设计为了实现对钢铁板表面腐蚀面积的准确测量和分析，需要建立一套完整的控制系统，系统的核心是基于单片机的控制芯片，可以接收来自传感器的数据并进行处理，还需要安装一些必要的硬件设备来完成整个系统的功能需求，如电源供应、数据存储等。控制系统主要包括：信号采集模块：负责从传感器上获取相关数据并将其转换成数字信号输入到单片机；数据处理模块：通过算法计算出钢板表面的实际腐蚀面积值；显示模块：用于向用户输出结果，包括图形化界面以及文字说明；储存模块：用于保存数据以便后续使用或分析。2.4腐蚀面积测量装置的硬件系统设计该装置由传感器模块、控制单元、数据处理单元多个部分组成。其中，传感器模块是整个装置的核心部件，其主要功能是对钢板表面进行检测和分析，传感器模块的设计方案与选择对于钢板表面腐蚀面积测量装置的精度和可靠性至关重要，在设计时要考虑如材料特性、环境条件等多种因素。同时，还需详细介绍如何通过控制单元来对钢板表面进行精确的测量，利用一些先进的技术手段来完成这一过程，例如数字信号处理器（DSP）、单片机，数据处理单元的设计方案及实现为了使钢板表面腐蚀面积测量装置能够准确地获取到所需的数据，还需要有一个数据处理单元来对采集到的数据进行处理。在这一环节上，采用先进的算法和数学模型来提高数据的质量和准确性。3钢板表面腐蚀面积测量试验3.1试验目的本实验的目的是探究钢板表面的腐蚀情况，并开发一种能够快速准确地测量钢板表面腐蚀面积的方法，在实际生产中，由于钢板表面的腐蚀程度不同而导致了质量问题和经济损失问题，因此需要对钢板表面进行全面的研究和分析。为了实现这一目标，选取了一批具有代表性的钢板样本作为测试对象，设置专门的环境模拟器，以模拟不同的环境下的腐蚀条件，同时，使用多种检测手段来测量样品的腐蚀状况，包括光学显微镜、电化学法等多种技术手段，通过这些试验数据的综合分析和比较，可以得出结论：采用该方法可以有效地测量出钢板表面的腐蚀面积。3.2试验方案设计首先需要选择合适的试样和测试环境，其次需要注意保持温度稳定以及避免空气污染等，另外，还需要确定测试时间长度和频率，以确保数据的准确性和可靠性，并制定详细的数据记录和分析计划，以便更好地理解和解释测试的结果，只有充分考虑这些因素，才能够获得可靠而有效的测试结果。例如，（下转第 81 页）78第 3 期可以使用光学显微镜或扫描电子显微镜观察到表面的形态变化，也可通过电化学测试法或者热力学测试法等方式得到相关参数的变化情况。3.3试验设备首先，需要选择合适的材料来制作实验台面，以确保其稳定性和耐用性，并进行必要的预处理工作，如涂漆或喷塑保护层，安装实验装置所需的各种传感器和控制系统，包括温度计、湿度计、压力表，对整个装置进行测试和调整，以保证其准确性和可靠性。3.4试验步骤实验分为以下步骤：准备材料，包括试样、测试液和测试仪器；将试样放入测试液中浸泡一定时间，以达到所需的腐蚀程度；盂取出试样并用砂纸进行清理；使用光学显微镜对试样进行观察，记录腐蚀面积大小，计算总腐蚀面积。在试验过程中，要严格控制试剂浓度、温度，确保数据准确性和可靠性。同时，还要注意试样的清洗干净，避免影响结果。为保证试验结果的一致性，进行了多次重复实验验证。通过以上步骤，可得到关于钢板表面腐蚀面积的精确数值，还需考虑一些其他的因素，如试样尺寸、腐蚀速度等方面的影响。4总结通过对不同尺寸和形状的钢板进行测试，可以发现该方法具有很高的准确性和稳定性，能够在短时间内迅速测量出钢板表面的腐蚀面积。并且具有较高的重复性，可以多次使用以获得更精确的结果，同时，文章也存在一些不足之处，例如对于某些特殊情况下可能存在误差较大等问题需要进一步探究解决，但总体而言，这项技术的研究成果为未来工业生产提供了重要的参考依据。参考文献1 朱久发.热镀锌板镀层表面缺陷及其消除措施 J.武钢技术，2009，47（6）：47-50.2 李慧，岳重祥，刘新院，等.热镀锌板表面暗斑缺陷的成因及控制 J.金属热处理，2018，43（12）：243-246.3 刘灿楼，李远鹏，俞钢强，等.钢板连续热浸镀铝生产工艺技术 J.中国冶金，2016，26（6）：45-50+64.4 吴园园，李玲霞，胡显军.电子探针分析方法及在材料研究领域的应用 J.电子显微学报，2010，29（6）：574-577.5 孙宜强，张萍，许竹桃.电子探针波谱仪分析方法及其在钢铁冶金领域的应用 J.电子显微学报，2013，32（6）：525-529.3.3选择性催化还原脱硝技术的改进选择性催化还原脱硝技术具有多重优势，但也并不是完美的，只有不断优化改进才能有效脱除烟气中的氮氧化物，为此需要对该技术进行改进。第一，氨系统改进。氨的分布会对 SCR 系统的运行性能产生影响，若氨分布不均就会降低系统性能，为此该工厂根据主动利用不均这一理念对氨系统进行了改进，科学控制了不同区域的氨喷量。第二，SCR 系统改进。该工厂在改进 SCR 系统时利用有限体积法对 SCR 反应器及烟道内的流体流动与氨扩散过程进行了模拟并根据模拟结果优化了烟道的形状、增设了导流叶片咱7暂。3.4选择性非催化还原脱硝技术的改进第一，优化蒸汽系统。该技术主要是通过使还原剂释放出氨气达到脱硝效果的，只有保障氨气的均匀分布才能够使氨气与烟气中的氮氧化合物充分反应，但氨气的分布很难控制，因此在改进该技术时需要充分应用蒸汽扰动装置并通过开孔处理这种方式改善装置的运行状况，从而增强氨气分布的均匀性，继而提高脱硝效率。第二，优化喷枪结构。喷枪在 SNCR 系统的喷射模块中发挥着重要作用，但现有的喷枪结构存在不足，在改进时需要灵活应用喷枪混合装置，从而改善锅炉的运行条件，或应用喷枪雾化装置，从而减少泄露问题的发生。同时，为了优化喷枪与炉膛的位置可以调整喷枪与水冷壁结构之间的夹角。第三，优化水冷壁弯管。在这一过程中可以在喷孔下部设置水冷壁弯管并通过不锈钢护板对其进行有效防护。第四，优化稀氨水输送系统，该系统由稀氨水泵、喷枪、稀氨水储罐等构成。可通过增设自动调节阀降低稀氨水泵故障率，增设循环回路，并利用 DCS 系统调节参数。4结语在生产过程中灵活应用烟气脱硝技术不仅可以去除烟气中的污染物，也可以减少对环境的污染，所以应提高对低氮燃烧技术、湿法脱硝技术、选择性催化还原脱硝技术以及选择性非催化还原脱硝技术的重视程度，且在应用这些技术时根据脱硝需求以及具体状况进行技术改进，从而提高脱硝效率。参考文献1 黄纪荣，仲超.燃煤锅炉烟气脱硝技术研究 J.清洗世界，2023，39（4）：4-6.2 邢俊冬，吴杰.低氮燃烧和 SCR 技术在燃煤锅炉烟气脱硝中的联合应用 J.科技资讯，2019，17（13）：66+68.3 赵治宇.燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱硝技术探讨J.资源节约与环保，2019（4）：47.4 杨文雄.燃煤锅炉烟气脱硝设备改造后运行数据及应用情况分析 J.装备维修技术，2021（1）：47-48.5 刘阳.燃煤锅炉烟气脱硝装置 NOx超标分析及运行经验总结 J.煤炭加工与综合利用，2020（9）：69-73.6 李伟，刘财勇，齐建家，等.燃煤锅炉烟气脱硝监测系统设计J.价值工程，2019，38（12）：185-188.7 余仕良.燃煤锅炉烟气脱硝改造及运行总结 J.化肥工业，2019，46（1）：29-32.（上接第 78 页）刘尚文：关于燃煤锅炉烟气脱硝技术的探究81