高强汽车板冷轧酸循环自动控制系统应用

秦振东

河钢集团唐钢信息自动化部 河北唐山 063000

高强汽车板冷轧酸循环采用4段浅槽紊流式酸洗工艺，即采用变频电机从酸罐输送盐酸，对带钢表面进行连续喷射，达到酸洗目的；6段漂洗槽和漂洗设备对酸洗后带钢进行漂洗，清除带钢表面残留盐酸；热风干燥系统将带钢表面水分烘干。

1 酸循环系统

1.1 酸洗段

高强汽车板冷轧酸洗共有4段酸槽，每个酸槽对应1个酸罐及循环系统，酸罐循环系统可以分小循环和大循环。小循环主要利用温度控制系统对酸罐中酸进行循环加热。当酸液温度达到设定温度时，起车自动切换至大循环，主要是酸罐中酸液输出喷梁，将酸液喷射带钢表面进行酸洗，酸槽酸液液位保持恒定，多余的酸液回流到酸罐；为保证4个酸罐内酸液液位稳定，液位控制系统以级联方式分别从酸再生工厂到#4罐，#4罐到#3罐、#3罐到#2罐、#2罐到#1罐输出酸液，最后#1罐酸液输送至酸再生工厂进行处理。

1.2 漂洗段

漂洗段位于酸洗段出口，共有6个漂洗槽，每个漂洗槽是一个单独控制系统，主要是去除带钢表面残留的酸液，漂洗废水输送酸再生工厂进行处理。为了保证漂洗槽内液位稳定，以级联的方式向#6、#5、#4、#3、#2、#1槽内加入脱盐水[1]。

1.3 热风干燥段

热风干燥段位于漂洗槽出口，带钢出漂洗槽后，带钢边缘会携带水迹，边部吹扫依靠带边检测传感器进行宽度调整，将水迹清除。热风干燥系统用蒸汽将风机吹出空气加热至110℃左右，烘干带钢表面残留的水份，保证带钢版面质量。整体布局如图1所示。

2 自动控制

酸循环自动控制系统主要分为浓度、温度、液位控制和速度控制，且均为PID闭环控制。酸洗工艺是通过化学反应去除带钢表面氧化铁：Fe3O4+6HCl→3FeCl2+3H2O+0.5O2。

2.1 浓度自动控制

酸浓度自动控制系统包括自动供酸、酸浓度检测、自动排酸三部分组成。浓度检测采用安东帕（Anton Paar）系统在线检测酸液比重、温度和电导率，通过核心计算控制器算出自由酸浓度HCL和FeCl2浓度。#1、#2、#4罐酸液每5分钟循环检测一次酸浓度，根据酸浓度反馈至与酸浓度设定值进行比较后，经过PID控制计算后，自动控制#4罐加酸、#1罐排酸。每4个小时对#1、#2、#4罐内酸液进行取样，实验室测量数据与系统测量数据进行比对，保证酸浓度检测准确性。当酸浓度过高时，酸挥发损耗较大，浓度过低时，化学反应不能充分达不到酸洗目的，所以浓度自动控制是酸循环中重要环节[2]。

2.2 温度自动控制

酸洗过程中，酸液温度影响酸洗速度和酸液中铁离子的溶解度，因此将酸液温度控制对酸洗速度和质量有较大影响。酸罐循环泵将酸液输送石墨交换器，与输送到石墨交换器的蒸汽进行热交换，通过调整伺服阀开度实现温度控制。启动酸循环小循环后，在客户端HMI画面选择自动控制模式，蒸汽管道关断阀打开，温度控制伺服阀从0%开度以最小速度缓慢打，对现场设备预热处理，防止出现加热过快现场设备损坏及水锤现象。经过20min缓慢速度打开20%开度后，温度控制伺服阀速度回复正常值。酸槽酸液温度在85℃时酸洗带钢版面质量效果最佳，因此酸液温度加热设定值为85℃。当酸液温度低于设定时，温度控制伺服阀开度增100%，当酸液温度等于设定值时，温度控制伺服阀开度减小至一定开度，维持酸液恒定85℃。

2.3 液位自动控制

每个酸罐罐顶安装超声波液位传感器测量罐内液位，启动大循环后，液位控制自动投入，根据每个酸罐液位控制设定值调整罐内液位，液位高时，级联管道阀门自动打开，将酸液级联至下一个酸罐，液位低时，上一个酸罐级联管道阀门自动打开，将酸液级联至罐内。酸罐液位自动控制实时调节4个酸罐液位保持在一个动态平衡[3]。

2.4 速度自动控制

在生产过程中，酸罐循环泵输送酸液到石墨热交换器加热后温度为T1，酸液温度自动控制设定至为T0，加热后酸液温度值与温度控制设定值的偏差值T=T0-T1，循环泵转速会跟温度偏差T进行调节，泵转速自动控制如下：

（1）当0＜T＜2，循环泵转速一直保持85%

（2）当2＜T＜6，循环泵转速等于（T＊7.5+70）%

（3）当T＞6，循环泵转速一直保持115%

加热后酸温度值与加热器设定值基本一致时，在生产线速度低于120m/min时，泵转速自动控制循环泵转速保持85%，当生产线速度高于120m/min时，泵转速自动控制循环泵转速提高到100%。当酸罐循环泵转速同时受到酸液温度差和生产速度影响，循环泵转速取最大值。

3 结语

河钢唐钢高强汽车板冷轧酸循环实现了供酸、浓度检测、排酸、温度控制等自动控制，通过酸液浓度和温度控制提高了带钢表面酸洗的质量，也提高了酸的利用率，降低了酸的消耗。高强汽车板冷轧酸循环系统完全实现了酸洗的自动控制，系统运行稳定，保证冷轧生产出高端汽车板产品。高强汽车板生产汽车板产品通过了宝马、吉利等高端客户认可[4-5]。