分體式循環(huán)槽溶液循環(huán)平衡分析和應用

周　陽,張文麒（.寶鋼集團有限公司　人才開發(fā)院;　.寶鋼股份公司　冷軋廠,上海　0094）

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分體式循環(huán)槽溶液循環(huán)平衡分析和應用

周陽1,張文麒2
（1.寶鋼集團有限公司人才開發(fā)院;2.寶鋼股份公司冷軋廠,上海200194）

摘 要：鋼鐵制造產線中消耗性溶液的循環(huán)系統(tǒng)應用廣泛，隨著產量規(guī)模的擴大，溶液的循環(huán)系統(tǒng)也需要增大，但改造或新建的設備受到各種制約采用分體式循環(huán)槽。本文通過分析分體式循環(huán)系統(tǒng)的流量平衡、濃度平衡和熱量平衡綜合考慮各個循環(huán)流量調整，為冷態(tài)流量平衡調試提供依據(jù)，保證機組投產后的溶液參數(shù)穩(wěn)定。

關鍵詞：分體式循環(huán)槽；流量平衡；濃度平衡；熱量平衡

1　前言

寶鋼某電鍍鋅機組改造中溶液循環(huán)系統(tǒng)變化較大，涉及循環(huán)、溫控和溶鋅循環(huán)。按照改造后的設計，其中一個循環(huán)槽為鍍液儲槽，其余兩個為鍍液循環(huán)槽。兩個鍍液循環(huán)槽采用連通器結構，機組工藝對鍍液的溫度平衡和濃度平衡也提出了很高的要求，因此對鍍液循環(huán)的流量、溫度和濃度的控制及過程分析十分重要。本文以該機組溶液循環(huán)系統(tǒng)為例分析分體式循環(huán)槽的溶液循環(huán)分析及應用。

2　鍍液循環(huán)系統(tǒng)介紹

2.1鍍液循環(huán)系統(tǒng)

電鍍循環(huán)系統(tǒng)示意圖如下：

溫度控制和溶鋅循環(huán)系統(tǒng)示意圖如下：

2.2鍍液循環(huán)系統(tǒng)溫度控制及濃度控制介紹

電鍍鋅的原理為利用溶液導電令Zn2+在帶鋼表面得到電子形成鋅后沉積在帶鋼表面。由于溶液導電遵循焦耳定律Q=I2Rt

式中：Q表示熱量（J），I電鍍電流（A），R溶液電阻（Ω），t時間（s）。

溫度控制循環(huán)為為鍍液冷卻用，溶鋅循環(huán)回流為高濃度鍍液。

3　鍍液循環(huán)系統(tǒng)平衡分析

3.1流量平衡

首先假設連通器不工作（截斷），2個循環(huán)槽各流量為表1：

表1　鍍液循環(huán)槽流量表（單位m3/h，下同）：

注：1.差值為正則表示液位上升，為負表示液位下降；2.F1范圍200-900，F(xiàn)2范圍0-45。

為保證在異常情況下，聯(lián)通器流量能夠保證兩槽液位的穩(wěn)定，希望F1-F2-690盡量小。

3.2濃度平衡

首先假設有以下條件：

（1）系統(tǒng)濃度處于穩(wěn)定狀態(tài)，即進入鍍液的鋅與電鍍消耗的鋅相等；

（2）鍍液回流時鋅濃度均勻；

（3）兩個循環(huán)槽液位穩(wěn)定，且不考慮單一槽內得濃度擴散時間。

則有：單位時間內得整個系統(tǒng)總鋅量變化

其中Δc2表示在線槽消耗造成的濃度變化，Δc3表示溶鋅后造成的濃度變化。

在穩(wěn)態(tài)下1＃循環(huán)槽也出于濃度穩(wěn)定狀態(tài)，當F2+690-F1>0因此有：

G1＝F1*(c0+0.5Δc1-Δc2)+(F2+690-F1)*(c0+Δc1)-c0*(600+90+F2)＝0

整理后對F2求偏導有：

可見若希望兩槽的濃度差Δc1小，則F2要盡量大。將F2＝45帶入后整理得到：

Δc2僅與生產時消耗的鋅有關，在極端條件下機組小時鋅耗最大（不考慮泄漏）：

折算1200m3/h的濃度變化為：

根據(jù)公式（2）和（4）得到 Δc3max＝2.67g/L

若當F2+690-F1≤0時有：

G1＝F1*(c0+0.5Δc1-Δc2)+(F2+690-F1)*c0-c0*(600+90+F2)＝0整理后有：

可見與流量調節(jié)無關，或者無法保證濃度穩(wěn)定。

3.3溫度平衡

首先假設有以下條件：

（1）兩路冷卻循環(huán)均使用，且功率相等（系統(tǒng)設計為采用同一流量閥門控制）；

（2）鍍液回流時溫度均勻；

（3）系統(tǒng)溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，即進入鍍液的熱量與排出的熱量相等。

則有：單位時間內得整個系統(tǒng)總熱量變化：其中ΔT2表示在線槽加熱造成的溫度變化，ΔT3表示換熱造成的溫度變化。

在穩(wěn)態(tài)下1＃循環(huán)槽也處于溫度穩(wěn)定狀態(tài)，當F2+690-F1>0時有：參考濃度平衡方法有：

有如下兩種情況：

A、當F1≤600時，ΔT1與F2呈反比關系，因此若希望兩槽的溫差ΔT1小，則F2要盡量大，根據(jù)實際情況，F(xiàn)2最大可達到45m3/h。將F2＝45帶入公式（7）后得到：

ΔT2與機組單位時間內鍍鋅發(fā)熱有關，在穩(wěn)定生產時該數(shù)值為常量。因此ΔT1與F1反比關系，因此即當F1＝600時，ΔT1得到最小值。ΔT1min＝0

B、當F1>600時，ΔT1與F2呈正比關系，因此若希望兩槽的溫差ΔT1小，則F2要盡量小，根據(jù)實際情況，F(xiàn)2最小為0m3/h。將F2 ＝0帶入公式（7）后得到：

ΔT1與F1反比關系，因此即當F1＝690時，ΔT1得到最小值。

由于希望ΔT1的絕對值最小，因此當F1＝600時，也得到

若當F2+690-F1≤0時有：由于希望ΔT1的絕對值最小，因此當F1＝600時，也得到ΔT1min＝0

4　鍍液循環(huán)系統(tǒng)平衡分析應用

綜合上述分析可得到如下表2：

表2　不同流量情況下鍍液循環(huán)槽濃度和溫度對比

當F2＝45m3/h時，變化圖形如圖5：

在穩(wěn)定條件下，綜合考慮濃度和溫度平衡，同時考慮到盡量減少連通器內的流速，則F1選擇在600m3/h左右。調整結束后考慮在正常生產期間可能存在的情況：

4.11＃鍍槽入口斷電

根據(jù)鍍液循環(huán)管路圖，1＃鍍槽入口回流在集流管中，考慮其靠近1＃循環(huán)槽的回流口，因此1?；亓鞑鄣幕亓鳚舛嚷愿?，因此有利于兩槽濃度均勻。同樣回流1＃循環(huán)槽的溫度略低造成1＃循環(huán)槽溫度偏低，因此若長時間1＃鍍槽入口斷電，需注意1＃循環(huán)槽的溫度情況，必要時手動調節(jié)換熱器循環(huán)手閥。

4.2鍍液冷卻換熱器中一臺故障

本條件為一臺換熱器可維持生產的條件下，即系統(tǒng)溫度能夠維持在工藝要求范圍內。即90ΔT3=1200ΔT2

4.2.1回流到1＃循環(huán)槽循環(huán)故障

Q1=F1*(T0+0.5ΔT1+ΔT2)+(F2+690-F1)*(T0+ΔT1)－T0(600+90+F2)=0

在F2=45時，整理得到：

可見，2＃循環(huán)槽溫度低于1＃循環(huán)槽溫度。若不進行F1和F2調整，當F1＝600，F(xiàn)2＝45時

需手動調節(jié)F1減小（滿足連通器流速條件下），不必調整F2。

4.2.2回流到2＃循環(huán)槽循環(huán)故障

Q1=F1(T0+0.5ΔT1+ΔT2)+90(T0-ΔT3)+(F2+600-F1)(T0+ΔT1)－T0(600+90+F2)=0

可見，2＃循環(huán)槽溫度高于1＃循環(huán)槽溫度。若不進行F1和F2調整，當F1＝600，F(xiàn)2＝45時

需手動調節(jié)F1增大（滿足連通器流速條件下），不必調整F2。

作者簡介：周陽（1983-），男，工學碩士。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.197