高強汽車板冷軋酸循環(huán)自動控制系統(tǒng)應用

秦振東

河鋼集團唐鋼信息自動化部 河北唐山 063000

高強汽車板冷軋酸循環(huán)采用4段淺槽紊流式酸洗工藝，即采用變頻電機從酸罐輸送鹽酸，對帶鋼表面進行連續(xù)噴射，達到酸洗目的；6段漂洗槽和漂洗設備對酸洗后帶鋼進行漂洗，清除帶鋼表面殘留鹽酸；熱風干燥系統(tǒng)將帶鋼表面水分烘干。

1 酸循環(huán)系統(tǒng)

1.1 酸洗段

高強汽車板冷軋酸洗共有4段酸槽，每個酸槽對應1個酸罐及循環(huán)系統(tǒng)，酸罐循環(huán)系統(tǒng)可以分小循環(huán)和大循環(huán)。小循環(huán)主要利用溫度控制系統(tǒng)對酸罐中酸進行循環(huán)加熱。當酸液溫度達到設定溫度時，起車自動切換至大循環(huán)，主要是酸罐中酸液輸出噴梁，將酸液噴射帶鋼表面進行酸洗，酸槽酸液液位保持恒定，多余的酸液回流到酸罐；為保證4個酸罐內(nèi)酸液液位穩(wěn)定，液位控制系統(tǒng)以級聯(lián)方式分別從酸再生工廠到#4罐，#4罐到#3罐、#3罐到#2罐、#2罐到#1罐輸出酸液，最后#1罐酸液輸送至酸再生工廠進行處理。

1.2 漂洗段

漂洗段位于酸洗段出口，共有6個漂洗槽，每個漂洗槽是一個單獨控制系統(tǒng)，主要是去除帶鋼表面殘留的酸液，漂洗廢水輸送酸再生工廠進行處理。為了保證漂洗槽內(nèi)液位穩(wěn)定，以級聯(lián)的方式向#6、#5、#4、#3、#2、#1槽內(nèi)加入脫鹽水[1]。

1.3 熱風干燥段

熱風干燥段位于漂洗槽出口，帶鋼出漂洗槽后，帶鋼邊緣會攜帶水跡，邊部吹掃依靠帶邊檢測傳感器進行寬度調(diào)整，將水跡清除。熱風干燥系統(tǒng)用蒸汽將風機吹出空氣加熱至110℃左右，烘干帶鋼表面殘留的水份，保證帶鋼版面質(zhì)量。整體布局如圖1所示。

2 自動控制

酸循環(huán)自動控制系統(tǒng)主要分為濃度、溫度、液位控制和速度控制，且均為PID閉環(huán)控制。酸洗工藝是通過化學反應去除帶鋼表面氧化鐵：Fe3O4+6HCl→3FeCl2+3H2O+0.5O2。

2.1 濃度自動控制

酸濃度自動控制系統(tǒng)包括自動供酸、酸濃度檢測、自動排酸三部分組成。濃度檢測采用安東帕（Anton Paar）系統(tǒng)在線檢測酸液比重、溫度和電導率，通過核心計算控制器算出自由酸濃度HCL和FeCl2濃度。#1、#2、#4罐酸液每5分鐘循環(huán)檢測一次酸濃度，根據(jù)酸濃度反饋至與酸濃度設定值進行比較后，經(jīng)過PID控制計算后，自動控制#4罐加酸、#1罐排酸。每4個小時對#1、#2、#4罐內(nèi)酸液進行取樣，實驗室測量數(shù)據(jù)與系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進行比對，保證酸濃度檢測準確性。當酸濃度過高時，酸揮發(fā)損耗較大，濃度過低時，化學反應不能充分達不到酸洗目的，所以濃度自動控制是酸循環(huán)中重要環(huán)節(jié)[2]。

2.2 溫度自動控制

酸洗過程中，酸液溫度影響酸洗速度和酸液中鐵離子的溶解度，因此將酸液溫度控制對酸洗速度和質(zhì)量有較大影響。酸罐循環(huán)泵將酸液輸送石墨交換器，與輸送到石墨交換器的蒸汽進行熱交換，通過調(diào)整伺服閥開度實現(xiàn)溫度控制。啟動酸循環(huán)小循環(huán)后，在客戶端HMI畫面選擇自動控制模式，蒸汽管道關斷閥打開，溫度控制伺服閥從0%開度以最小速度緩慢打，對現(xiàn)場設備預熱處理，防止出現(xiàn)加熱過快現(xiàn)場設備損壞及水錘現(xiàn)象。經(jīng)過20min緩慢速度打開20%開度后，溫度控制伺服閥速度回復正常值。酸槽酸液溫度在85℃時酸洗帶鋼版面質(zhì)量效果最佳，因此酸液溫度加熱設定值為85℃。當酸液溫度低于設定時，溫度控制伺服閥開度增100%，當酸液溫度等于設定值時，溫度控制伺服閥開度減小至一定開度，維持酸液恒定85℃。

2.3 液位自動控制

每個酸罐罐頂安裝超聲波液位傳感器測量罐內(nèi)液位，啟動大循環(huán)后，液位控制自動投入，根據(jù)每個酸罐液位控制設定值調(diào)整罐內(nèi)液位，液位高時，級聯(lián)管道閥門自動打開，將酸液級聯(lián)至下一個酸罐，液位低時，上一個酸罐級聯(lián)管道閥門自動打開，將酸液級聯(lián)至罐內(nèi)。酸罐液位自動控制實時調(diào)節(jié)4個酸罐液位保持在一個動態(tài)平衡[3]。

2.4 速度自動控制

在生產(chǎn)過程中，酸罐循環(huán)泵輸送酸液到石墨熱交換器加熱后溫度為T1，酸液溫度自動控制設定至為T0，加熱后酸液溫度值與溫度控制設定值的偏差值T=T0-T1，循環(huán)泵轉(zhuǎn)速會跟溫度偏差T進行調(diào)節(jié)，泵轉(zhuǎn)速自動控制如下：

（1）當0＜T＜2，循環(huán)泵轉(zhuǎn)速一直保持85%

（2）當2＜T＜6，循環(huán)泵轉(zhuǎn)速等于（T＊7.5+70）%

（3）當T＞6，循環(huán)泵轉(zhuǎn)速一直保持115%

加熱后酸溫度值與加熱器設定值基本一致時，在生產(chǎn)線速度低于120m/min時，泵轉(zhuǎn)速自動控制循環(huán)泵轉(zhuǎn)速保持85%，當生產(chǎn)線速度高于120m/min時，泵轉(zhuǎn)速自動控制循環(huán)泵轉(zhuǎn)速提高到100%。當酸罐循環(huán)泵轉(zhuǎn)速同時受到酸液溫度差和生產(chǎn)速度影響，循環(huán)泵轉(zhuǎn)速取最大值。

3 結語

河鋼唐鋼高強汽車板冷軋酸循環(huán)實現(xiàn)了供酸、濃度檢測、排酸、溫度控制等自動控制，通過酸液濃度和溫度控制提高了帶鋼表面酸洗的質(zhì)量，也提高了酸的利用率，降低了酸的消耗。高強汽車板冷軋酸循環(huán)系統(tǒng)完全實現(xiàn)了酸洗的自動控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證冷軋生產(chǎn)出高端汽車板產(chǎn)品。高強汽車板生產(chǎn)汽車板產(chǎn)品通過了寶馬、吉利等高端客戶認可[4-5]。