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淺談冷軋機(jī)組清洗段循環(huán)系統(tǒng)控制

發(fā)布時(shí)間:2019-05-29  發(fā)布作者:任明華

 摘 要:清洗段是冷軋機(jī)組的重要組成部分,清洗段循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行控制的精準(zhǔn)程度對(duì)帶鋼清洗效果優(yōu)劣影響巨大。本文對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的溫度控制、液位控制、堿液濃度控制進(jìn)行了詳細(xì)的說明,并結(jié)合工程實(shí)例介紹了一種液位、濃度控制方法,可有效減少堿液及純水的消耗量。

 
在現(xiàn)有的冷軋機(jī)組中,清洗段是必不可少的一段工藝,其作用是去除帶鋼表面殘留的油污和鐵粉,為帶鋼進(jìn)入后續(xù)工藝創(chuàng)造良好條件,清洗效果好壞將直接影響到產(chǎn)品帶鋼的表面質(zhì)量。清洗段由帶鋼直接通過的在線工作槽和離線工作的循環(huán)系統(tǒng)共同組成,工作槽通過噴淋、浸洗、刷洗、電解等手段對(duì)帶鋼上下表面進(jìn)行清洗,而循環(huán)系統(tǒng)則持續(xù)為工作槽提供滿足要求的清洗液(堿液或熱水)。可見,要得到良好的清洗效果,工作槽和循環(huán)系統(tǒng)必須共同發(fā)揮出應(yīng)有的設(shè)計(jì)功能。而對(duì)于循環(huán)系統(tǒng)而言,要使其符合預(yù)期地發(fā)揮出設(shè)計(jì)功能,生產(chǎn)過程中的控制顯得尤為重要。
 
1 清洗段循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行控制
所謂清洗段循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行控制,就是要將循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵的工藝參數(shù)精確而穩(wěn)定地控制在設(shè)定值,使循環(huán)系統(tǒng)按設(shè)計(jì)要求,發(fā)揮出應(yīng)有的清洗效果,保證帶鋼表面清潔度。對(duì)清洗段循環(huán)系統(tǒng)而言,溫度、濃度及液位是較主要的幾個(gè)控制因素。
 
1.1 溫度控制
溫度對(duì)堿液脫脂效果影響很大。根據(jù)堿液脫脂機(jī)理,帶鋼表面的油污主要是通過堿液的皂化作用和乳化作用得以去除,堿液溫度升高,皂化反應(yīng)的速率增加、乳化作用加強(qiáng)、清洗液的對(duì)流速度加快、油污的動(dòng)力黏度降低更易于從帶鋼表面脫落、肥皂的溶解度增加使更多的油污能夠溶解于清洗液中,綜合這些有利因素,溫度的升高能夠顯著提高帶鋼的清洗效果。而在漂洗段,溫度對(duì)漂洗效果的影響主要體現(xiàn)在,溫度升高,擴(kuò)散及對(duì)流速度增加,使帶鋼表面殘堿能更迅速地與漂洗水混合。控制要求:
 
一般而言,堿液溫度控制在 70~85℃,從堿液噴淋到堿液刷洗再到電解清洗保持逐段遞增的溫度梯度,漂洗水溫度控制在80℃左右,即可獲得良好的清洗效果。繼續(xù)提高堿液及漂洗水溫度,帶鋼清洗效果提高不明顯,卻增加了大量能耗,且不利于循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
 
控制方法:
堿清洗循環(huán)系統(tǒng)主循環(huán)管路上安裝有蒸汽加熱器,堿液在進(jìn)入在線槽清洗帶鋼前先經(jīng)過蒸汽加熱器,與熱側(cè)的蒸汽進(jìn)行熱交換,得到熱量,溫度升高到設(shè)定值。加熱器后管道上安裝有溫度傳感器,進(jìn)入加熱器的蒸汽管道上安裝有溫度調(diào)節(jié)閥,溫度調(diào)節(jié)閥與溫度傳感器連鎖,溫度傳感器將實(shí)測出的堿液溫度轉(zhuǎn)換成 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào),調(diào)節(jié)器計(jì)算出測定值與設(shè)定值的偏差值并將這一偏差值通過一定規(guī)律的運(yùn)算轉(zhuǎn)換成 4-20mA 的電信號(hào)輸出給調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥根據(jù)電信號(hào)對(duì)閥門開度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)實(shí)際測定溫度比設(shè)定溫度低時(shí),調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差進(jìn)行運(yùn)算后輸出電流,適當(dāng)增大閥門開度;增加蒸汽量,使堿液溫度升高到設(shè)定溫度;當(dāng)實(shí)際測定溫度比設(shè)定溫度高時(shí),調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差大小運(yùn)算后輸出電流,適當(dāng)減小閥門開度,減少蒸汽量,使堿液溫度降低到設(shè)定溫度。此外,在各循環(huán)罐上安裝有就地顯示的溫度計(jì),既可以檢驗(yàn)溫度傳感器實(shí)測值的準(zhǔn)確性,又可以在加熱過程中實(shí)測出堿液經(jīng)過換熱器后的溫升以檢驗(yàn)換熱器的換熱效果。漂洗循環(huán)系統(tǒng)的溫度控制方法與堿清洗循環(huán)系統(tǒng)基本類似,也是通過溫度傳感器與溫度調(diào)節(jié)閥的連鎖,控制調(diào)節(jié)閥的開度實(shí)現(xiàn)。較好的的區(qū)別在于,堿清洗循環(huán)系統(tǒng)是通過蒸汽加熱器間接換熱,而漂洗循環(huán)系統(tǒng)是通過蒸汽直噴于漂洗循環(huán)罐內(nèi),加熱的同時(shí)還能起到補(bǔ)水作用。
 
1.2 濃度控制
根據(jù)堿清洗原理,堿液通過皂化作用將動(dòng)、植物性油脂分解成溶解于水的甘油和肥皂,使其脫離帶鋼表面得以去除。提高堿液濃度將加快皂化反應(yīng)的速度,有利于油污的去除。但過高的 NaOH 濃度將降低肥皂的溶解度,不溶解的肥皂又將重新附著在帶鋼表面,反而影響了脫脂效率。
 
控制要求:堿液濃度的取值與帶鋼運(yùn)行速度、帶鋼寬度、帶鋼表面清潔程度等有關(guān)。根據(jù)工程實(shí)踐,清洗段循環(huán)系統(tǒng)堿液濃度控制在3~5%,即可取得良好的清洗效果,繼續(xù)提高堿液濃度,對(duì)帶鋼清洗效果影響不大,反而增加藥劑成本,意義不大。
 
控制方法:
堿液濃度(NaOH 溶液濃度)可通過實(shí)驗(yàn)室檢測方法獲得,但在實(shí)際生產(chǎn)中,一方面實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果必然滯后于循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際濃度,另一方面通過實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果再去配液不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,因此,實(shí)際操作中,在循環(huán)管路上安裝電導(dǎo)率計(jì),以實(shí)測出的電導(dǎo)率值經(jīng)換算得到堿液濃度。電導(dǎo)率值可通過查表的方法直接得到相應(yīng)的濃度值,但此方法只適用于標(biāo)準(zhǔn)溶液和標(biāo)準(zhǔn)溫度,實(shí)際生產(chǎn)中的堿液由于存在干擾離子且溫度也是變化的,因此需要通過檢化驗(yàn)多次取樣檢測,并將測定結(jié)果和取樣時(shí)的電導(dǎo)率值記錄成表,通過線性回歸的方法擬合出適用于特定機(jī)組的電導(dǎo)率-濃度函數(shù)曲線。將此函數(shù)關(guān)系輸入 PLC,再通過在線電導(dǎo)率計(jì)和液位計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,通過濃度配比公式計(jì)算出需要加入的濃堿液和純水的量,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配液。此外,即使已經(jīng)擬合出了電導(dǎo)率-濃度函數(shù)曲線,也需要經(jīng)常性的檢化驗(yàn),一是檢驗(yàn)曲線的適用性,二是根據(jù)溫度變化得到溫度修正系數(shù)。
 
實(shí)際配液分兩種情況,一是由于清洗過程中堿度的消耗導(dǎo)致電導(dǎo)率下降至某一設(shè)定值,此時(shí)需要配液,二是由于維持清洗液清潔度的需要,堿清洗段往往需要定期排放一部分清洗液,當(dāng)液位下降至某一設(shè)定值時(shí),也需要配液。
 
1.3 液位控制
循環(huán)系統(tǒng)的液位控制指的是各循環(huán)罐的液位。各循環(huán)罐的液位控制雖與帶鋼清洗效果并無直接關(guān)系,但卻關(guān)系到整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)乃至整個(gè)清洗段的運(yùn)行穩(wěn)定。如果液位控制不當(dāng),可能造成以下幾種不良狀況:a. 低低液位設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致循環(huán)泵吸空停泵;b.高高液位設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致清洗液溢流造成浪費(fèi);c.高低液位設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致頻繁補(bǔ)液補(bǔ)水;d. 高低液位設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致循環(huán)罐有效利用率過低。
 
控制要求:
以堿洗循環(huán)罐為例,其有效高度為 h(即罐底到溢流口中心的高度),從上到下,其液位一般可分為 6 個(gè)控制點(diǎn),即:HHH 液位,HHH=h,即溢流液位;HH 液位,初次填充時(shí)的補(bǔ)液補(bǔ)水中止液位,到達(dá)這一液位,循環(huán)罐的補(bǔ)液補(bǔ)水自動(dòng)閥門必須關(guān)閉,不然可能出現(xiàn)超高液位溢流,HH 液位一般距離溢流口至少 200-300mm;H 液位,機(jī)組運(yùn)行時(shí)的補(bǔ)液補(bǔ)水中止液位,HH 液位與 H液位的差值對(duì)應(yīng)的水量即為循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)循環(huán)管路及在線槽內(nèi)水量的總合;L 液位,機(jī)組運(yùn)行時(shí)的補(bǔ)液補(bǔ)水起始液位,即循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,一旦液位下降至此高度,立即啟動(dòng)配液補(bǔ)水程序;LL 液位,循環(huán)泵啟動(dòng)液位;LLL 液位,停泵報(bào)警液位,此液位設(shè)定值應(yīng)高于循環(huán)泵吸口至少 300mm,一旦液位下降至此液位,必須停泵以防泵吸空。在實(shí)際控制中需要注意的兩點(diǎn)是,一方面,H 與 L 液位的設(shè)定應(yīng)仔細(xì)斟酌,其差值既不能過小也不能過大,差值過小,則循環(huán)罐補(bǔ)水補(bǔ)液頻繁,有效利用率低,差值過大,則濃度變化范圍較大,不利于濃度的穩(wěn)定控制;另一方面,H 液位與溢流液位之間應(yīng)有足夠的高差,這是基于消泡的考慮,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),循環(huán)罐頂部應(yīng)留有適當(dāng)空間以利于泡沫在涌泡過程中自然破裂,減少泡沫溢流量。
 
2 一種減少清洗段循環(huán)系統(tǒng)堿耗水耗的液位、濃度控制方法
 
某鋼廠連退機(jī)組清洗段采用如下工藝:一級(jí)堿噴淋→一級(jí)堿刷洗→二級(jí)堿噴淋→二級(jí)堿刷洗→電解清洗→熱水刷洗→熱水漂洗→烘干,一級(jí)堿噴淋和一級(jí)堿刷洗共用一個(gè)循環(huán)罐,即 1# 堿洗循環(huán)罐,二級(jí)堿噴淋和二級(jí)堿刷洗共用一個(gè)循環(huán)罐,即 2# 堿洗循環(huán)罐,電解清洗、熱水刷洗、熱水漂洗各有一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)罐,各循環(huán)罐與在線槽之間通過管道、設(shè)備等構(gòu)成各自的循環(huán)系統(tǒng)。
 
按照常規(guī)控制法,一級(jí)堿洗、二級(jí)堿洗、電解清洗循環(huán)系統(tǒng)各自獨(dú)立,相互隔絕,即 1# 堿洗循環(huán)罐的堿液僅用于一級(jí)堿噴淋和一級(jí)堿刷洗,2# 堿洗循環(huán)罐的堿液僅用于二級(jí)堿噴淋和二級(jí)堿刷洗,電解清洗循環(huán)罐的堿液僅用于電解清洗,其配液也是根據(jù)各自循環(huán)罐的液位,低液位開始補(bǔ)水補(bǔ)液,高液位停止配液。液位之所以持續(xù)降低,是因?yàn)樵诟髟诰槽底部有一個(gè)小流量的常排放,排放掉污染程度相對(duì)較高的一部分堿液以保持堿液清潔度。而在熱水漂洗和刷洗循環(huán)系統(tǒng),新鮮的冷凝水持續(xù)補(bǔ)充在漂洗槽較后一級(jí),多余的漂洗水則通過溢流管持續(xù)流向刷洗循環(huán)罐,較后從刷洗循環(huán)罐溢流。這樣的控制方法,脈絡(luò)清晰,控制簡單,操作性強(qiáng),但其弊端也很明顯:堿清洗循環(huán)系統(tǒng)的清洗液獨(dú)立配液獨(dú)立排放,完全沒有重復(fù)利用;漂洗水復(fù)用于刷洗段,僅一級(jí)復(fù)用,重復(fù)利用率低。
 
現(xiàn)介紹一種改進(jìn)的液位、濃度控制方法,采用該方法后,可明顯減少清洗段循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)堿補(bǔ)水量,具體方法如下:冷凝水泵以 5m3/h 的流量向漂洗槽較頂上兩排噴梁供給新鮮的冷凝水,這部分冷凝水回流至漂洗水循環(huán)罐。漂洗水循環(huán)罐接收 5m3/h 的干凈冷凝水的補(bǔ)給,為保持液位平衡,這部分冷凝水量須向前面幾級(jí)串流:a.通過漂洗水泵后向電解清洗循環(huán)罐的串流管道向電解清洗循環(huán)罐供水;b. 通過與3# 刷洗循環(huán)罐的連通管向 3# 刷洗循環(huán)罐供水。調(diào)試時(shí),通過調(diào)節(jié)漂洗循環(huán)泵后通向電解循環(huán)罐的串流管路上的截止閥的開度大小控制向電解清洗循環(huán)罐的補(bǔ)水流量為 2.5m3/h 左右,則另外 2.5m3/h 的流量溢流到 3# 刷洗循環(huán)罐。3# 刷洗循環(huán)罐持續(xù)接收 2.5m3/h 的漂洗水補(bǔ)給,液位持續(xù)升高,較終通過溢流管排出。
 
電解清洗循環(huán)罐持續(xù)接收 2.5m3/h 的漂洗水補(bǔ)給,堿液濃度持續(xù)下降,當(dāng)濃度降低到一定程度(電導(dǎo)率計(jì)低限),打開原堿液補(bǔ)液閥,補(bǔ)充原堿液,堿液濃度隨之上升,當(dāng)濃度升高到一定程度(電導(dǎo)率計(jì)高限),關(guān)閉原堿液補(bǔ)液閥。為保持電解清洗循環(huán)罐液位平衡,須向 2# 堿洗循環(huán)罐串流,通過電解清洗循環(huán)泵向2# 堿洗循環(huán)罐串流管路向 2# 堿洗循環(huán)罐補(bǔ)液。調(diào)試時(shí),通過調(diào)節(jié)串流管路上的截止閥的開度大小控制向 2# 堿洗循環(huán)罐的補(bǔ)水流量為 2.5m3/h 左右。2# 堿洗循環(huán)罐持續(xù)接收來自電解清洗循環(huán)罐的 2.5m3/h 的堿液補(bǔ)給,液位持續(xù)上升,較終通過與 1# 堿洗循環(huán)罐的連通管溢流至 1# 堿洗循環(huán)罐。1# 堿洗循環(huán)罐持續(xù)接收來自 2# 堿洗循環(huán)罐的 2.5m3/h 的堿液補(bǔ)給,多余的污染堿液通過 1# 堿洗槽的底部排放閥排放。
 
總的控制思路:僅向熱水漂洗循環(huán)罐補(bǔ)充干凈的冷凝水,僅從電解清洗循環(huán)罐補(bǔ)充原堿液,污染堿液僅從 1# 堿洗系統(tǒng)排放。
相對(duì)于原控制方法,該改進(jìn)的液位、濃度控制方法具有以下優(yōu)勢:a. 新配制的堿液在較終排放前必然經(jīng)過電解清洗、2# 堿洗、1# 堿洗,重復(fù)利用率高,整個(gè)清洗段堿耗大幅度降低;b.漂洗水一部分復(fù)用于刷洗段,一部分作為堿清洗系統(tǒng)的補(bǔ)水,節(jié)約了水耗,漂洗水中的殘堿和熱量也得到了利用;c.整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中各循環(huán)罐液位處于平衡狀態(tài),有利于清洗段穩(wěn)定運(yùn)行;d.原控制方法下,各循環(huán)罐上的補(bǔ)水補(bǔ)液自動(dòng)閥、冷凝水泵頻繁啟閉,而該方法僅向熱水漂洗循環(huán)罐補(bǔ)充冷凝水,僅從電解清洗循環(huán)罐補(bǔ)充原堿液,控制更為簡單,設(shè)備故障率也得以降低。
 
3 結(jié)論
冷軋機(jī)組清洗工藝經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,已經(jīng)具有十分成熟的工藝體系,而如何在生產(chǎn)過程中穩(wěn)定、高效地對(duì)其進(jìn)行控制,使得機(jī)組能夠在獲得高表面質(zhì)量帶鋼產(chǎn)品的同時(shí),節(jié)水節(jié)能,減少藥劑消耗,尚有深入研究的空間,這也將是未來一段時(shí)間設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

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