淺談自動化儀表控制系統在帶鋼酸洗處理中的應用

蔡 猛

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

酸洗工序是冷軋帶鋼生產中的重要環節，其作用是清除帶鋼表面的氧化鐵皮，防止氧化鐵皮在后續軋制工序中軋入帶鋼基體，引起帶鋼產品的各種質量缺陷。傳統的酸洗操作中，由于人為因素較多，酸洗工藝各項參數控制準確性并不高，容易出現欠酸洗和過酸洗等問題，影響產品質量。

隨著工業的現代化發展，自動化控制技術已在工業生產中得到廣泛應用，其中冷軋酸洗生產線就是其應用的重要方面。自動化儀表控制技術的應用使酸洗過程中的酸液溫度、濃度、漂洗水等相關參數的控制全部實現了自動化、無人化，使酸洗工藝得到了嚴格的控制，有效保證了酸洗質量。

邯鋼酸洗連軋生產線自動化儀表系統采用西門子電氣自動化設備，設備系統以高速微處理器為基礎，用于工藝控制和順序控制，能夠在多計算機模式下運行。全線的基礎自動化系統根據生產環節的不同被分為幾個獨立的自動化單元，通過連接到相關的電氣外圍設備（遠程I/O）用于測量和執行，其中酸洗部分的儀表功能控制是通過酸洗線的過程PLC來實現的。酸洗段自動控制系統的硬件組成包括：PLC控制核心、存儲器模件、I/O接口、現場總線、工業以太網總線、測量裝置、遠程I/O、電源模件等，電源采用24V低壓供電。酸洗段自動控制PLC采用SIMATIC S7-400，允許監視計算以及開環、閉環等各種模塊的運行；通過各種傳感器和相應的I/O接口實現了對溫度、流量、電導率、PH值等各工藝參數的監視和控制。站與站之間采用工業以太網連接，與DCS系統之間以串級通訊方式相連接，生產線各種工藝參數的實時數據可在線反饋至操作站DCS系統畫面，包括酸洗段總貌畫面、歷史曲線畫面、報警畫面、操作畫面等皆可在DCS系統畫面上顯示。

自動化儀表運行時，現場的測量裝置會將采集的工藝參數信息傳輸至PLC，PLC會根據內置的程序結合反饋信號對執行機構發出相應的控制信號，從而使執行機構自動完成閥門開閉、溫度調節等操作，以保持酸洗工藝的穩定。人員在監控室內即可對生產過程和各種工藝參數進行實時監控和遠程的調節操作。

酸洗是利用酸溶液去除鋼鐵表面上的氧化皮和銹蝕物的一種清潔金屬表面的化學方法，將帶鋼置于酸液環境中，通過酸液與鐵氧化物的還原反應，達到清除鋼鐵表面鐵氧化物的目的。冷軋酸洗中通常以鹽酸為酸洗劑。酸洗生產中對于酸液濃度、溫度、酸洗時間等工藝參數都有嚴格的要求，如果某項參數控制出現偏差，則容易導致過酸洗或是欠酸洗問題的發生，最終影響板帶質量。

常溫下，用20%～80%（體積）的鹽酸溶液對鋼鐵進行酸洗，不易發生過腐蝕和氫脆現象。酸洗段自動化儀表主要是對酸洗環節影響酸洗質量的酸液濃度、溫度、酸洗時間等參數進行自動控制，保持參數控制的標準和穩定。酸洗段儀表主要控制回路包括：鹽酸濃度控制、鹽酸溫度控制、漂洗水導電率控制等。其中，酸液濃度和溫度是影響酸液活性和酸洗速度的最主要因素，酸液溫度的提高有助于反應的進行，通過合理調整酸液濃度和溫度參數可使酸液達到最佳活性狀態和最為理想的酸洗效果。

1 酸液溫度控制

酸洗槽內的鹽酸溫度必須保持在一定范圍內，如果溫度偏低則酸液活性較低，不利于反應進行；溫度過高的話，雖然酸洗時間縮短，但酸液消耗較大。自動化控制系統的應用使酸液溫度控制更加精確，系統通過對熱交換器中蒸汽流量的控制來實現對酸液溫度的控制。

溫度控制系統采用串級PID控制方式，由現場的溫度傳感器將溫度信號傳輸至系統，由處理器根據回流溫度偏差，通過主溫度控制器計算出副溫度控制器的設定值，然后由副控制器完成溫度控制；同時在控溫過程中根據酸液溫度選擇長循環或是短循環控制模式。

2 酸液密度控制

密度控制的目的是通過排出酸洗廢液和補充新酸液來使酸液中的氫離子濃度維持在一定范圍內，避免酸洗時因酸液中鐵離子和其它雜質物含量超標而影響酸洗效果。

酸洗廢液和新酸液分別放置在兩個酸儲液罐中，并由管路相連通，通過控制管路閥門的開閉來完成酸液的排出和補充。該控制方式同樣為串級PID控制，在設定酸液濃度標準值之后，系統會根據酸液濃度的差值來控制各流量調節器來完成對酸液濃度的控制。

3 漂洗水控制

帶鋼在酸洗之后表面必然會殘留有一些酸液，如不及時清除則會對鋼材表面產生腐蝕作用。因此，在酸洗之后必須要再次漂洗，以清除帶鋼表面殘留酸液。為了將殘留酸液清除干凈，需對漂洗水溫度、電導率等參數進行控制。漂洗水控制分為三個方面：一是液位連鎖，在漂洗液位槽內設置液位計，同時將液位以電信號方式傳輸至系統，當槽內液位低于設定值時，漂洗水泵停泵，噴淋頭停止噴水；二是電導率控制，當現場測量裝置超限報警后，PID調節器調節會通過開閉閥門來調節漂洗槽的冷凝水流量，從而維持漂洗水比較理想的導電率；三是漂洗水溫度控制，同樣采用PID控制，通過調節蒸汽閥門來實現對蒸汽流量的調節，繼而控制漂洗水溫度。

綜上所述，自動化控制系統的應用使酸洗工藝參數調節更加精確，有效提高了酸洗質量，實現了酸洗生產的自動、集約和高效。