高強汽車板冷軋酸循環自動控制系統應用

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；熱風干燥系統將帶鋼表面水分烘干。

1 酸循環系統

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個酸罐及循環系統，酸罐循環系統可以分小循環和大循環。小循環主要利用溫度控制系統對酸罐中酸進行循環加熱。當酸液溫度達到設定溫度時，起車自動切換至大循環，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個酸罐內酸液液位穩定，液位控制系統以級聯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，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。為了保證漂洗槽內液位穩定，以級聯的方式向#6、#5、#4、#3、#2、#1槽內加入脫鹽水[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整，將水跡清除。熱風干燥系統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，保證帶鋼版面質量。整體布局如圖1所示。

2 自動控制

酸循環自動控制系統主要分為濃度、溫度、液位控制和速度控制，且均為PID閉環控制。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分鐘循環檢測一次酸濃度，根據酸濃度反饋至與酸濃度設定值進行比較后，經過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罐內酸液進行取樣，實驗室測量數據與系統測量數據進行比對，保證酸濃度檢測準確性。當酸濃度過高時，酸揮發損耗較大，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中重要環節[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量有較大影響。酸罐循環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，通過調整伺服閥開度實現溫度控制。啟動酸循環小循環后，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，對現場設備預熱處理，防止出現加熱過快現場設備損壞及水錘現象。經過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液位，啟動大循環后，液位控制自動投入，根據每個酸罐液位控制設定值調整罐內液位，液位高時，級聯管道閥門自動打開，將酸液級聯至下一個酸罐，液位低時，上一個酸罐級聯管道閥門自動打開，將酸液級聯至罐內。酸罐液位自動控制實時調節4個酸罐液位保持在一個動態平衡[3]。

2.4 速度自動控制

在生產過程中，酸罐循環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，循環泵轉速會跟溫度偏差T進行調節，泵轉速自動控制如下：

（1）當0＜T＜2，循環泵轉速一直保持85%

（2）當2＜T＜6，循環泵轉速等于（T＊7.5+70）%

（3）當T＞6，循環泵轉速一直保持115%

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

3 結語

河鋼唐鋼高強汽車板冷軋酸循環實現了供酸、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系統完全實現了酸洗的自動控制，系統運行穩定，保證冷軋生產出高端汽車板產品。高強汽車板生產汽車板產品通過了寶馬、吉利等高端客戶認可[4-5]。