分體式循環槽溶液循環平衡分析和應用

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

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分體式循環槽溶液循環平衡分析和應用

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系統應用廣泛，隨著產量規模的擴大，溶液的循環系統也需要增大，但改造或新建的設備受到各種制約采用分體式循環槽。本文通過分析分體式循環系統的流量平衡、濃度平衡和熱量平衡綜合考慮各個循環流量調整，為冷態流量平衡調試提供依據，保證機組投產后的溶液參數穩定。

關鍵詞：分體式循環槽；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系統變化較大，涉及循環、溫控和溶鋅循環。按照改造后的設計，其中一個循環槽為鍍液儲槽，其余兩個為鍍液循環槽。兩個鍍液循環槽采用連通器結構，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系統為例分析分體式循環槽的溶液循環分析及應用。

2　鍍液循環系統介紹

2.1鍍液循環系統

電鍍循環系統示意圖如下：

溫度控制和溶鋅循環系統示意圖如下：

2.2鍍液循環系統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）。

溫度控制循環為為鍍液冷卻用，溶鋅循環回流為高濃度鍍液。

3　鍍液循環系統平衡分析

3.1流量平衡

首先假設連通器不工作（截斷），2個循環槽各流量為表1：

表1　鍍液循環槽流量表（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，F2范圍0-45。

為保證在異常情況下，聯通器流量能夠保證兩槽液位的穩定，希望F1-F2-690盡量小。

3.2濃度平衡

首先假設有以下條件：

（1）系統濃度處于穩定狀態，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）兩個循環槽液位穩定，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。

在穩態下1＃循環槽也出于濃度穩定狀態，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：

可見與流量調節無關，或者無法保證濃度穩定。

3.3溫度平衡

首先假設有以下條件：

（1）兩路冷卻循環均使用，且功率相等（系統設計為采用同一流量閥門控制）；

（2）鍍液回流時溫度均勻；

（3）系統溫度處于穩定狀態，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。

在穩態下1＃循環槽也處于溫度穩定狀態，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，根據實際情況，F2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熱有關，在穩定生產時該數值為常量。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，根據實際情況，F2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　鍍液循環系統平衡分析應用

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槽濃度和溫度對比

當F2＝45m3/h時，變化圖形如圖5：

在穩定條件下，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

根據鍍液循環管路圖，1＃鍍槽入口回流在集流管中，考慮其靠近1＃循環槽的回流口，因此1＃回流槽的回流濃度略高，因此有利于兩槽濃度均勻。同樣回流1＃循環槽的溫度略低造成1＃循環槽溫度偏低，因此若長時間1＃鍍槽入口斷電，需注意1＃循環槽的溫度情況，必要時手動調節換熱器循環手閥。

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＃循環槽循環故障

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＃循環槽溫度低于1＃循環槽溫度。若不進行F1和F2調整，當F1＝600，F2＝45時

需手動調節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＃循環槽循環故障

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

可見，2＃循環槽溫度高于1＃循環槽溫度。若不進行F1和F2調整，當F1＝600，F2＝45時

需手動調節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