酸洗工艺中的酸浓度控制_赵春红
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Q= 0.946+2.33×10 ×C ×W×r+a 196+C
式中: Q 为酸消耗量, C 为 HCl 浓度, W 为反应量, r 为反应 率, a 为补偿因素。
此数学模型各参数的数据来源、更新周期在变量表中可以 看 出 , 表 中 的 带 钢 钢 种 、宽 度 由 二 级 机 ( Le ve l2) 提 供 , 带 钢 线 速 度、酸液温度随工艺而变化, 由 PLC 来采集。
密度测量使用的也是 YOKOGAWA 生产的 EJ A118W 差压 变送器, 测量的依据是密度与差压成线性关系。
离 线 检 测 : 使 用 DKK- TOA 公 司 生 产 的 AUT- 501 /ABT- 511 离线式酸浓度检测仪, 此精密仪器可将酸液的 HCl 和 Fe Cl2 含量、p H 值和总酸量快速检测出来。 2.2 HCl 和 Fe Cl2 的计算和补偿
1 工艺简介 热轧钢带卷在高温下进行轧制和卷取, 轧制过程中炽热的
金属表面与空气中的氧结合形成一层又脆又硬的氧化物, 紧附 在钢材表面。在进行冷轧加工之前, 必须去除氧化物, 这一工序 通常由酸洗机组来完成, 所以说酸洗是冷轧工艺中的重要环节, 而欠酸洗和过酸洗又将直接影响冷硬板的质量, 因此要使冷硬 板质量好, 必须将酸浓度控制在最好的范围之内。而要控制好酸 浓度, 首先要使用精度高的仪表检测出酸浓度, 第二是采取正确 有效的控制方法将酸浓度控制在最佳范围之内。
《工业控制计算机》2006 年 19 卷第 10 期
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浓 度 , 只 有 在 自 动 模 式 时 , 供 酸 量 的 设 定 值 随 PLC 计 算 值 而 变 化, 并自动调节控制阀的开度。这里重点讨论自动模式时供酸量 设定值的计算和供酸量的控制。
带钢在酸洗槽中移动的速度越快、带钢越宽与酸液接触的 表而积就越大, 与酸液进行化学反应就越多, 消耗的酸量也就越 多, 同时对于不同的钢种和不同的温度, 化学反应速度也不一 样。因此, 消耗的酸量与带钢的速度、宽度、钢种和温度都存在一 定的关系, 这里我们引入一数学模型。
[ 收稿日期: 2006.3.29]
涟钢冷轧采用变频电机分别从三个循环罐向三个酸洗槽输 送盐酸对带钢表面进行连续喷射, 带钢在喷射酸液的酸洗槽中 移动, 通过化学反应铁 屑 从 带 钢 表 面 剥 离 , 二 价 铁 离 子 ( Fe 2+) 量 增加, 氯化氢 HCl(H+和 Cl- )的浓度相应地减小。因此在生产中要 根据化学反应的快慢适时适量地向循环罐中补酸, 随着生产的 不断进行, 酸中的水分不断蒸化, 又必须向循环罐中补水, 才能 使总酸量控制在一定的范围内, 为避免在酸洗过程中产生酸雾 和过酸洗, 又必须向 2#、3# 循环罐中加入适量的缓蚀剂。工艺示 意图如图 1。
酸液中 HCl 和 Fe Cl2 的含量可由以下公式计算而得: CHCl= a 1ρ2+ a 2L2+ a 3ρL+ a 4ρ+ a 5L+ a 6 CFeCl2 = b 1ρ2+ b 2L2+ b 3ρL+ b 4ρ+ b 5L+ b 6 式中: CHCl、CFeCl2 分 别 为 HCl 和 Fe Cl2 的 浓 度 ; ρ为 测 量 的 密 度 值 , L 为测量的电导率值; a 1~a 6、b 1~b 6 为常数。 在生产过程中, 按上式计算出的 HCl 和 Fe Cl2 浓度与离线 式酸浓度检测仪的检测结果往往存在一定的偏差, 为了减小这 个偏差, 引用了酸浓度分析系统。此系统的工作原理如下: 操作 人员每 4 小时对每个循环罐的酸液取样, 用离线式酸浓度检测 仪进行分析, 并将分析结果手工输入此系统, 同时此系统从酸洗 PLC 接收 HCl 和 Fe Cl2 浓度等各种实时数据, 与取样分析的结 果进行比较 , 经 过 线 性 分 析 等 模 型 处 理 , 从 而 得 到 HCl 和 Fe Cl2 浓度的补偿 参 数 , 并 将 补 偿 参 数 实 时 发 送 给 酸 洗 PLC, PLC 利 用补偿参数来修正计算值, 从而得到实际的 HCl 和 Fe Cl2 浓度 值, 这样就减小了偏差。 3 酸浓度的控制 3.1 供酸量的控制 带钢在酸洗槽中移动不断地与酸液进行化学反应, 反应了 的酸液量也就是我们要补充的酸液量即供酸量。供酸量的控制 有 三 种 操 作 方 式 , 手 动 、半 自 动 、自 动 , 这 三 种 方 式 可 在 HMI 画 面上进行选择。手动和半自动这两种模式均不能很好地控制酸
度( HCl 含量) 更准确, 达到最佳控制目的。 2.1 酸浓度的检测
在 线 检 测 : 使 用 了 YOKOGAWA ( 日 本 横 河 ) 生 产 的 ISC40G 感 应 式 电 导 率 传 感 器 和 ISC402G 转 换 器 测 量 酸 的 电 导率, 感应式电导率传感器的优点是电极和待测溶液之间没有 接触, 延长了传感器的使用寿命, 它的测量原理是基于两线圈之 间的电磁感应。
图 2 循环罐酸流量控制回路图 3.2 供水量的控制
水供应控制有二种操作方式: 手动和自动, 这二种方式可在 HMI 画面上进行选择, 手动模式时, 设定值可由操作员在 HMI 手动输入, 阀的开关也由操作员控制。自动模式时, 设定值由操 作 员 在 HMI 手 动 输 入 , 阀 的 开 关 与 总 酸 量 和 密 度 有 关 , 总 酸 量 的计算由 PLC 来执行, 当总酸量 大 于 195g /l 和 密 度 仪 所 测 密 度值大于理论密度时切断阀打开进行加水, 加水量达到设定值 时切断阀自动关闭。 3.3 缓蚀剂的控制
转速表指示, 让操作人员可在现场进行手动应急操作处理。
参考文献 [ 1] A.W.La ng ill ( 美 国 ) 1962.Automa tic Control Sys te ms Eng i-
ne e ring (Volume l) [ 2] 何群曼.高分子物理[ M] .上海: 复旦大学出版社, 1991 [ 3] Pe rry( 美) 化学工程手册( 上卷) ( 中译本)
图 1 酸洗工艺图 2 酸浓度的检测和计算
涟钢冷轧不是直接采用酸浓度计对酸液的浓度进行测量, 而是采用电导率仪和密度仪分别测量出酸液的电导率和密度, 经过 PLC 计算得出酸液中 HCl 和 Fe Cl2 的 含 量 , 同 时 配 置 离 线 式酸浓度检测仪对计算后的 HCl 和 Fe Cl2 值进行补偿, 使酸浓
表 1 数学模型变量表 由于酸循环罐体积很大( 50m3 左右) , 供入的酸量不能迅速 影响酸浓度, 也就是说酸浓度的滞后大, 故当供酸量变化较大 时, 就很难保证酸浓度稳定在要求的设定值上, 因此引入了酸浓 度控制器的输出值作为酸流量控制器设定值的一部分, 这样就 把酸浓度控制器和酸流量控制器串联在一起, 形成串级控制系 统, 控制回路图见图 2。 在上述串级控制系统中酸浓度控制器是主控制器, 流量控 制器是副控制器。为了保证主变量酸浓度没有余差, 对酸浓度控 制器设置了较大的积分时间, 同时考虑到酸浓度滞后大, 我们选 择了微分作用, 所以酸浓度控制器采用了 PID 控制规律。供酸量 只是为了保证酸浓度而引入, 供酸量的控制完全是根据酸浓度 的要求进行的, 允许在一定的范围内波动, 因积分作用会延长控 制过程, 不利于串级控制的快速特性, 所以在调试开始时, 未设 置积分规律, 后来在生产过程中, 增加了一点积分时间( 30s ) , 也 就是说, 流量控制器采用了 PI 控制规律。
因在正常生产时 1# 循环罐的酸液基本上是来自于 2# 循环 罐, 所以只对 2# 和 3# 循环罐加入缓蚀剂, 加入到每个循环罐的 缓蚀剂量与加入的盐酸量成比例关系。 4 使用注意事项
根据此控制系统的调试及投运情况, 有两个方面必须注意。 第一是要克服认识误区, HMI 画面上 HCl 的浓度超过设定值并 不代表需要补水, 如果进行手动补水, 会造成了循环罐内的总酸 量偏低、电导率和密度的测量值失准、计算后的 HCl 浓度偏离实 际值, 最终导致带钢欠酸洗。第二是要保证酸浓度分析系统实时 对在线测量数据进行补偿。如果将酸浓度分析系统停运, 首先会 影响控制精度, 严重时可导致在自动模式时不能自动补酸。 5 结束语
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源自文库
( 上接第 43 页) 作可实施的稳定系统。完全可以在生产线上实际使用。
2) 在实际组成闭路系统时, 需注意与工艺操作相结合, 有些 问题需工厂统一考虑: ①对 DCS 闭路系统除线性控制构成闭路 外, 设定高 /低限报警和高高限关闭 VFD, 停电机转动, 以确保生 产安全。②工艺操作开车时, 每次增加量作些限定, 如每次增加 0.1kg /c m2 的 SP 值。③建议在现场设立手动 /自动切换 VFD 按 钮。同时在现场亦设置现场调泵转速的电位器, 再结合现场的泵
此系统已投入使用 6 个月, 因有离线式酸浓度仪和酸浓度 分析系统对在线测量数据的补偿, 并采用了串级控制系统, 与常 规的仪表控制系统相比, 大大改善了控制精度和可靠性, 目前使 用情况良好。
参考文献 [ 1] 开俊.工业电气与仪表[ M] .北京: 化学工业出版社, 2002
[ 收稿日期: 2006.6.6]
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酸洗工艺中的酸浓度控制
酸洗工艺中的酸浓度控制
Ac id Conc e ntra tion Control of Pic kling Te c hnolog y
赵春红 ( 湖南省娄底市涟源钢铁集团有限公司计控厂, 湖南 娄底 417009)
摘要 以涟钢酸洗连轧生产线为背景, 介绍了酸浓度的检测原理、计算和控制方法, 分析了此控制系统的原理和特点, 并提出 了在生产过程中的注意事项, 实践证明该系统有效地提高了酸浓度的控制精度。 关键词: 酸浓度, 检测, 串级控制, 数学模型
Abs tra ct Ac c ord ing to the PL- TCM of LY Ste e l.The a c id c onc e ntra tion me a s ure p rinc ip le ,the c a lc ula tion a nd c ontrol me thod a re introd uc e d .The p rinc ip le a nd c ha ra c te ris tic of the c ontrol s ys te m a re a na lyze d .And the notic e s in p rod uc tion p roc e s s a re me ntione d .The c ontrol s ys te m ha s a va ila b ly imp rove d a c id c onc e ntra tion c ontrol a c c ura c y in fa c t. Ke yword s :a c id c onc e ntra tion,me a s ure ,c a s c a d e c ontrol,ma the ma tic a l mod e l
Q= 0.946+2.33×10 ×C ×W×r+a 196+C
式中: Q 为酸消耗量, C 为 HCl 浓度, W 为反应量, r 为反应 率, a 为补偿因素。
此数学模型各参数的数据来源、更新周期在变量表中可以 看 出 , 表 中 的 带 钢 钢 种 、宽 度 由 二 级 机 ( Le ve l2) 提 供 , 带 钢 线 速 度、酸液温度随工艺而变化, 由 PLC 来采集。
密度测量使用的也是 YOKOGAWA 生产的 EJ A118W 差压 变送器, 测量的依据是密度与差压成线性关系。
离 线 检 测 : 使 用 DKK- TOA 公 司 生 产 的 AUT- 501 /ABT- 511 离线式酸浓度检测仪, 此精密仪器可将酸液的 HCl 和 Fe Cl2 含量、p H 值和总酸量快速检测出来。 2.2 HCl 和 Fe Cl2 的计算和补偿
1 工艺简介 热轧钢带卷在高温下进行轧制和卷取, 轧制过程中炽热的
金属表面与空气中的氧结合形成一层又脆又硬的氧化物, 紧附 在钢材表面。在进行冷轧加工之前, 必须去除氧化物, 这一工序 通常由酸洗机组来完成, 所以说酸洗是冷轧工艺中的重要环节, 而欠酸洗和过酸洗又将直接影响冷硬板的质量, 因此要使冷硬 板质量好, 必须将酸浓度控制在最好的范围之内。而要控制好酸 浓度, 首先要使用精度高的仪表检测出酸浓度, 第二是采取正确 有效的控制方法将酸浓度控制在最佳范围之内。
《工业控制计算机》2006 年 19 卷第 10 期
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浓 度 , 只 有 在 自 动 模 式 时 , 供 酸 量 的 设 定 值 随 PLC 计 算 值 而 变 化, 并自动调节控制阀的开度。这里重点讨论自动模式时供酸量 设定值的计算和供酸量的控制。
带钢在酸洗槽中移动的速度越快、带钢越宽与酸液接触的 表而积就越大, 与酸液进行化学反应就越多, 消耗的酸量也就越 多, 同时对于不同的钢种和不同的温度, 化学反应速度也不一 样。因此, 消耗的酸量与带钢的速度、宽度、钢种和温度都存在一 定的关系, 这里我们引入一数学模型。
[ 收稿日期: 2006.3.29]
涟钢冷轧采用变频电机分别从三个循环罐向三个酸洗槽输 送盐酸对带钢表面进行连续喷射, 带钢在喷射酸液的酸洗槽中 移动, 通过化学反应铁 屑 从 带 钢 表 面 剥 离 , 二 价 铁 离 子 ( Fe 2+) 量 增加, 氯化氢 HCl(H+和 Cl- )的浓度相应地减小。因此在生产中要 根据化学反应的快慢适时适量地向循环罐中补酸, 随着生产的 不断进行, 酸中的水分不断蒸化, 又必须向循环罐中补水, 才能 使总酸量控制在一定的范围内, 为避免在酸洗过程中产生酸雾 和过酸洗, 又必须向 2#、3# 循环罐中加入适量的缓蚀剂。工艺示 意图如图 1。
酸液中 HCl 和 Fe Cl2 的含量可由以下公式计算而得: CHCl= a 1ρ2+ a 2L2+ a 3ρL+ a 4ρ+ a 5L+ a 6 CFeCl2 = b 1ρ2+ b 2L2+ b 3ρL+ b 4ρ+ b 5L+ b 6 式中: CHCl、CFeCl2 分 别 为 HCl 和 Fe Cl2 的 浓 度 ; ρ为 测 量 的 密 度 值 , L 为测量的电导率值; a 1~a 6、b 1~b 6 为常数。 在生产过程中, 按上式计算出的 HCl 和 Fe Cl2 浓度与离线 式酸浓度检测仪的检测结果往往存在一定的偏差, 为了减小这 个偏差, 引用了酸浓度分析系统。此系统的工作原理如下: 操作 人员每 4 小时对每个循环罐的酸液取样, 用离线式酸浓度检测 仪进行分析, 并将分析结果手工输入此系统, 同时此系统从酸洗 PLC 接收 HCl 和 Fe Cl2 浓度等各种实时数据, 与取样分析的结 果进行比较 , 经 过 线 性 分 析 等 模 型 处 理 , 从 而 得 到 HCl 和 Fe Cl2 浓度的补偿 参 数 , 并 将 补 偿 参 数 实 时 发 送 给 酸 洗 PLC, PLC 利 用补偿参数来修正计算值, 从而得到实际的 HCl 和 Fe Cl2 浓度 值, 这样就减小了偏差。 3 酸浓度的控制 3.1 供酸量的控制 带钢在酸洗槽中移动不断地与酸液进行化学反应, 反应了 的酸液量也就是我们要补充的酸液量即供酸量。供酸量的控制 有 三 种 操 作 方 式 , 手 动 、半 自 动 、自 动 , 这 三 种 方 式 可 在 HMI 画 面上进行选择。手动和半自动这两种模式均不能很好地控制酸
度( HCl 含量) 更准确, 达到最佳控制目的。 2.1 酸浓度的检测
在 线 检 测 : 使 用 了 YOKOGAWA ( 日 本 横 河 ) 生 产 的 ISC40G 感 应 式 电 导 率 传 感 器 和 ISC402G 转 换 器 测 量 酸 的 电 导率, 感应式电导率传感器的优点是电极和待测溶液之间没有 接触, 延长了传感器的使用寿命, 它的测量原理是基于两线圈之 间的电磁感应。
图 2 循环罐酸流量控制回路图 3.2 供水量的控制
水供应控制有二种操作方式: 手动和自动, 这二种方式可在 HMI 画面上进行选择, 手动模式时, 设定值可由操作员在 HMI 手动输入, 阀的开关也由操作员控制。自动模式时, 设定值由操 作 员 在 HMI 手 动 输 入 , 阀 的 开 关 与 总 酸 量 和 密 度 有 关 , 总 酸 量 的计算由 PLC 来执行, 当总酸量 大 于 195g /l 和 密 度 仪 所 测 密 度值大于理论密度时切断阀打开进行加水, 加水量达到设定值 时切断阀自动关闭。 3.3 缓蚀剂的控制
转速表指示, 让操作人员可在现场进行手动应急操作处理。
参考文献 [ 1] A.W.La ng ill ( 美 国 ) 1962.Automa tic Control Sys te ms Eng i-
ne e ring (Volume l) [ 2] 何群曼.高分子物理[ M] .上海: 复旦大学出版社, 1991 [ 3] Pe rry( 美) 化学工程手册( 上卷) ( 中译本)
图 1 酸洗工艺图 2 酸浓度的检测和计算
涟钢冷轧不是直接采用酸浓度计对酸液的浓度进行测量, 而是采用电导率仪和密度仪分别测量出酸液的电导率和密度, 经过 PLC 计算得出酸液中 HCl 和 Fe Cl2 的 含 量 , 同 时 配 置 离 线 式酸浓度检测仪对计算后的 HCl 和 Fe Cl2 值进行补偿, 使酸浓
表 1 数学模型变量表 由于酸循环罐体积很大( 50m3 左右) , 供入的酸量不能迅速 影响酸浓度, 也就是说酸浓度的滞后大, 故当供酸量变化较大 时, 就很难保证酸浓度稳定在要求的设定值上, 因此引入了酸浓 度控制器的输出值作为酸流量控制器设定值的一部分, 这样就 把酸浓度控制器和酸流量控制器串联在一起, 形成串级控制系 统, 控制回路图见图 2。 在上述串级控制系统中酸浓度控制器是主控制器, 流量控 制器是副控制器。为了保证主变量酸浓度没有余差, 对酸浓度控 制器设置了较大的积分时间, 同时考虑到酸浓度滞后大, 我们选 择了微分作用, 所以酸浓度控制器采用了 PID 控制规律。供酸量 只是为了保证酸浓度而引入, 供酸量的控制完全是根据酸浓度 的要求进行的, 允许在一定的范围内波动, 因积分作用会延长控 制过程, 不利于串级控制的快速特性, 所以在调试开始时, 未设 置积分规律, 后来在生产过程中, 增加了一点积分时间( 30s ) , 也 就是说, 流量控制器采用了 PI 控制规律。
因在正常生产时 1# 循环罐的酸液基本上是来自于 2# 循环 罐, 所以只对 2# 和 3# 循环罐加入缓蚀剂, 加入到每个循环罐的 缓蚀剂量与加入的盐酸量成比例关系。 4 使用注意事项
根据此控制系统的调试及投运情况, 有两个方面必须注意。 第一是要克服认识误区, HMI 画面上 HCl 的浓度超过设定值并 不代表需要补水, 如果进行手动补水, 会造成了循环罐内的总酸 量偏低、电导率和密度的测量值失准、计算后的 HCl 浓度偏离实 际值, 最终导致带钢欠酸洗。第二是要保证酸浓度分析系统实时 对在线测量数据进行补偿。如果将酸浓度分析系统停运, 首先会 影响控制精度, 严重时可导致在自动模式时不能自动补酸。 5 结束语
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源自文库
( 上接第 43 页) 作可实施的稳定系统。完全可以在生产线上实际使用。
2) 在实际组成闭路系统时, 需注意与工艺操作相结合, 有些 问题需工厂统一考虑: ①对 DCS 闭路系统除线性控制构成闭路 外, 设定高 /低限报警和高高限关闭 VFD, 停电机转动, 以确保生 产安全。②工艺操作开车时, 每次增加量作些限定, 如每次增加 0.1kg /c m2 的 SP 值。③建议在现场设立手动 /自动切换 VFD 按 钮。同时在现场亦设置现场调泵转速的电位器, 再结合现场的泵
此系统已投入使用 6 个月, 因有离线式酸浓度仪和酸浓度 分析系统对在线测量数据的补偿, 并采用了串级控制系统, 与常 规的仪表控制系统相比, 大大改善了控制精度和可靠性, 目前使 用情况良好。
参考文献 [ 1] 开俊.工业电气与仪表[ M] .北京: 化学工业出版社, 2002
[ 收稿日期: 2006.6.6]
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酸洗工艺中的酸浓度控制
酸洗工艺中的酸浓度控制
Ac id Conc e ntra tion Control of Pic kling Te c hnolog y
赵春红 ( 湖南省娄底市涟源钢铁集团有限公司计控厂, 湖南 娄底 417009)
摘要 以涟钢酸洗连轧生产线为背景, 介绍了酸浓度的检测原理、计算和控制方法, 分析了此控制系统的原理和特点, 并提出 了在生产过程中的注意事项, 实践证明该系统有效地提高了酸浓度的控制精度。 关键词: 酸浓度, 检测, 串级控制, 数学模型
Abs tra ct Ac c ord ing to the PL- TCM of LY Ste e l.The a c id c onc e ntra tion me a s ure p rinc ip le ,the c a lc ula tion a nd c ontrol me thod a re introd uc e d .The p rinc ip le a nd c ha ra c te ris tic of the c ontrol s ys te m a re a na lyze d .And the notic e s in p rod uc tion p roc e s s a re me ntione d .The c ontrol s ys te m ha s a va ila b ly imp rove d a c id c onc e ntra tion c ontrol a c c ura c y in fa c t. Ke yword s :a c id c onc e ntra tion,me a s ure ,c a s c a d e c ontrol,ma the ma tic a l mod e l