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）�？梢�，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，溫度對漂洗效果的影響主要體現(xiàn)在，溫度升高，擴(kuò)散及對流速度增加，使帶鋼表面殘堿能更迅速地與漂洗水混合�？刂埔螅�

 

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)信號作為調(diào)節(jié)器的輸入信號，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 的電信號輸出給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)電信號對閥門開度進(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：一級堿噴淋→一級堿刷洗→二級堿噴淋→二級堿刷洗→電解清洗→熱水刷洗→熱水漂洗→烘干，一級堿噴淋和一級堿刷洗共用一個(gè)循環(huán)罐，即 1# 堿洗循環(huán)罐，二級堿噴淋和二級堿刷洗共用一個(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，一級堿洗、二級堿洗、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堿噴淋和一級堿刷洗，2# 堿洗循環(huán)罐的堿液僅用于二級堿噴淋和二級堿刷洗，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，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。