不锈钢连续退火酸洗机组酸管理系统的分析

朱 亮 闫晓萌 代秀芝

(1:本溪钢铁集团不锈钢厂生产技术部 辽宁本溪117021;2:中冶京诚工程技术有限公司 北京100176)

·技术分析·

不锈钢连续退火酸洗机组酸管理系统的分析

朱 亮①闫晓萌2代秀芝2

(1:本溪钢铁集团不锈钢厂生产技术部 辽宁本溪117021;2:中冶京诚工程技术有限公司 北京100176)

不锈钢退火酸洗线中的酸管理系统是通过对废酸排放和新酸添加的控制，实现对带钢表面质量和酸耗的管理。分析了实现酸管理的方法和酸管理的具体内容，并对废酸的排放量、新酸的添加量等计算方法给出了较为详细的说明。

不锈钢 酸洗段 酸管理

1 酸管理的基本理念

对于不锈钢热带退火酸洗机组和冷带退火酸洗机组而言，其中的酸洗段是机组的重要组成部分。酸管理是保证酸洗段正常、稳定运行的重要手段，它对带钢的表面质量及酸液的合理利用均是至关重要的。

酸管理的基本理念是保持酸液中金属离子浓度的恒定，从而保证酸洗效果的最优和稳定。在实际生产中，对于混酸酸洗段，通常位于生产线下游的混酸槽会要求更低的金属离子浓度，以保证最终的酸洗效果。

为了实现这个目标，需首先按照带钢的钢种、单位时间内通过酸洗段的表面积、加工状态等条件，根据经验确定带钢表面的氧化铁皮含量及所需酸液的浓度，由酸管理系统自动完成相关的计算以确定新酸的添加量和废酸的排放量，并通过PLC系统执行相应的操作。

此外，间隔一定的时间对酸液浓度进行离线分析，并根据酸洗后带钢的表面质量及酸分析的结果，对酸液的排放进行相应的调整。

本文重点对由硝酸和氢氟酸组成的混酸酸洗段的酸管理系统进行论述。

2 酸洗模式的预设定

对于不同的操作模式，酸管理的具体内容和方式会有所不同。因此，需要在HMI上对以下的内容进行预先确定。

2.1 钢种

以典型钢种AISI201、AISI304、AISI409、AISI430为例，这4个钢种采用的酸液浓度，甚至酸槽和循环罐均会有所不同。因此，在确定了生产钢种时，即意味着同时选定了酸槽中液体的成分，以及所使用的循环管路。

2.2 明确是否投入酸纯化或酸再生系统

经过酸纯化或再生处理后的混酸溶液，其硝酸和氢氟酸的含量与新酸不同，并且残留有一定浓度的金属离子。这对废酸液的排放制度和新酸的添加制度都会与不投入酸纯化或再生酸系统时有所不同。

2.3 确定废酸排放方式

根据作业线生产能力的要求，通常情况下混酸段的酸槽数量不会少于2个，而各个酸槽对应有各自的酸循环系统。那么废酸采用逆流级联的排放方式，还是各酸槽的循环罐独立排放，也同样影响到新酸添加制度和废酸的排放制度。

3 酸管理的具体内容

3.1 计算废酸排放总量

设定：单位时间内通过酸洗槽的带钢表面积为S，m2/h；

带钢表面氧化铁皮的含量为W，g/m2/侧；

混酸溶液中金属离子的含量为M，g/l。

在酸纯化或酸再生系统没有投入的情况下，废酸的排放量L(l/h)按照如下公式进行计算：

L=S×W/M

当酸纯化或酸再生系统投入使用，并且再生酸液中，金属离子的残存量为M残(g/l)，则废酸的排放量L(l/h)按照如下公式进行计算：

L=S×W/(M-M残)

由此可见，废酸的排放量与添加酸的种类密切相关。

在实际生产中，部分废酸是以带钢拖带的形式，进入最终漂洗段。位于酸槽出口挤干辊的挤干效果直接关系到带钢拖带的酸液量。带钢单位面积带钢的拖带量可以认为是一个固定值。这部分废酸液量应包含在废液的排放总量中。其计算公式如下：

L1=S1×W1/1000

式中L1—单位时间内带钢表面拖带酸液总量，l/h；

S1—单位时间内通过酸洗槽的带钢表面积，m2/h；

W1—带钢表面残留酸液的厚度，μm。

3.2 确定废酸排放频次

酸液中允许的金属离子波动范围，决定了废酸的排放频次。通常情况下，允许金属离子浓度与设定值的偏差是1g/l～7g/l。要求的偏差值越小，则废酸排放泵的启动就越频繁，而每次的废酸排放量则相应较小；反之，若允许的偏差值较大，则废酸排放泵的频次低，但每次的废酸排放量相应较大。

废酸的每次排放量可按照如下的公式进行计算：

L2=V×△M/M×1000

式中L2—每次废酸排放量，l/次；V—酸循环单元中的酸液总量，m3； △M—酸液中设定的金属离子浓度允许偏差值，g/l；

M—酸液中设定的金属离子浓度，g/l。

废酸排放泵的启动间隔时间T(min)，可以用下面的公式进行计算：

T=L2/L×60

在此时间间隔内，由带钢拖带的酸液量为：

L3=S2×W1/1000

式中L3—T时间内带钢表面拖带酸液总量，l；S2—T时间内通过酸洗槽的带钢表面积，m2/h。

当排酸泵的能力已经确定的情况下，可以计算得到每次废酸排放时需要排酸泵的运行时间。即：通过PLC系统控制排酸泵的启、停，从而实现废酸的自动排放。每次由废酸泵排放的废酸量为：L2-L3。

3.3 酸液补偿

随着酸洗进程，酸液中的金属离子浓度会随之增加。为了保持酸液中金属离子的恒定，在废酸排放后，需向酸循环罐中补充新酸(或再生/纯化处理后的再生酸)。

酸液补偿有以下3种方式：

1)当酸再生或者酸纯化未投入时，补偿酸均为新酸。新硝酸、新氢氟酸，以及水的补偿量可以按照下面的工时进行计算。

VHNO3-ADD=CHNO3×L2/CHNO3-fresh

VHF-ADD=CHF×L2/CHF-fresh

V水-ADD=L2-VHNO3-ADD-VHF-ADD

式中CHNO3—混酸液中硝酸的浓度，g/l；CHNO3-fresh—外购新硝酸的浓度，g/l；CHF—混酸液中氢氟酸的浓度，g/l；CHF-fresh—外购新氢氟酸的浓度，g/l；VHNO3-ADD—向循环罐中新硝酸的添加量，l;VHF-ADD—向循环罐中新氢氟酸的添加量，l;V水-ADD—向循环罐中水的添加量，l。

在新酸泵的能力已经确定的情况下，可以计算得到每次废酸排放时需要新酸泵的运行时间。即：通过PLC系统控制新酸泵的启动及停止，从而实现新酸的自动添加。

2)当酸纯化系统(APU)投入时，纯化处理后的酸液可以添加到循环罐中。由于纯化酸液的硝酸和氢氟酸的浓度均低于所要求的酸洗浓度，故在该情形下仍需要向酸液中添加新硝酸和新氢氟酸。

纯化后的酸液中硝酸、氢氟酸，以及金属离子的浓度是需要离线分析获取，其添加量与废酸泵的排放量大致相同。新硝酸、新氢氟酸，以及水的添加量可以用下面的公式进行计算。

V纯化=L2-L3

VHNO3-ADD-纯化=(L2×CHNO3-V纯化×CHNO3-纯化)/CHNO3-fresh

VHF-ADD-纯化=(L2×CHF-V纯化×CHF-纯化)/CHF-fresh

V水-ADD-纯化=L2-V纯化-VHNO3-ADD-纯化-VHF-ADD-纯化

式中V纯化—向循环罐中纯化处理后的酸液的添加量，其设定值约同L2-L3，l/次；

VHNO3-ADD-纯化—纯化系统投入时向循环罐中新硝酸的添加量，l/次；

VHF-ADD-纯化—纯化系统投入时向循环罐中新氢氟酸的添加量，l/次；

V水-ADD-纯化—纯化系统投入时向循环罐中水的添加量，l/次。

3)当酸再生系统投入使用时，再生处理后的酸液可以添加到循环罐中。通常情况下，再生酸中的硝酸浓度低于酸槽中的硝酸浓度，而氢氟酸的浓度则高于酸槽中的氢氟酸浓度。再生酸的实际浓度需要离线分析获取。再生酸的产生效率则是由酸再生系统直接提供。

新硝酸、新氢氟酸，以及水的添加量可以用下面的公式进行计算。

V再生=(L2-L3)×g

VHNO3-ADD-再生=(L2×CHNO3-V再生×CHNO3-再生)/CHNO3-fresh

VHF-ADD-再生=(L2×CHF-V再生×CHF-再生)/C4HF-fresh

V水-ADD-再生=L2-V再生-VHNO3-ADD-再生-VHF-ADD-再生

式中g—酸再生系统效率，即再生酸液与废酸液的体积比；

V再生—向循环罐中再生处理后的酸液的添加量，l/次；

VHNO3-ADD-再生—再生系统投入时向循环罐中新硝酸的添加量，l/次；

VHF-ADD-再生—再生系统投入时向循环罐中新氢氟酸的添加量，l/次；

V水-ADD-再生—再生系统投入时向循环罐中水的添加量，l/次。

4)改变酸液浓度

根据生产经验，当生产的带钢发生变化而需要改变酸液的浓度时，则进行下面的操作。

(1)酸液浓度增高

当要求的酸洗浓度增高，则需要向循环罐中添加新酸。其添加量可以按照下面的公式进行计算。

VHNO3-ADD=V×(CHNO3-新-CHNO3)/(CHNO3-fresh-CHNO3-新)

VHF-ADD=V×(CHF-新-CHF)/(CHNO3-fresh-CHF-新)

式中CHNO3-新—调整后酸液中硝酸的浓度，g/l；CHF-新—调整后酸液中氢氟酸的浓度，g/l。

(2)酸液浓度降低

当酸液浓度需要降低时，则是排放一部分的酸液，之后补充同量的水。酸液可排放到纯化或再生系统的废酸罐中存放。

5)循环罐液位管理

生产线在工作状态和停机状态会有不同的液面高度，在某些特定的液面高度时，需要通过PLC系统对相应的泵和电磁阀进行操作，举例如下。

在停机状态下，当循环罐中的混酸溶液的液面高度达到某设定高度时，向循环罐中添加水的阀必须自动关闭。若液面高于此设定值，则控制系统向操作人员发出警报。

在工作状态下，当循环罐中的混酸溶液的液面高度低于某设定高度时，排酸泵及相应的阀关闭。若液面继续降低到某设定值，则控制系统向操作人员发出警报。

4 结束语

酸管理是基于操作者经验，通过HMI实现的操作系统。它对于带钢的酸洗效果和酸的消耗至关重要。

为了便于对酸管理系统的量化阐述，本文对酸液蒸发未进行相关论述。而实际上酸液的蒸发损失对废酸的排放量和新酸的添加量都是有所影响的。而酸液的蒸发量与酸液温度、露点温度、蒸发面积、通风效率、氢氟酸和硝酸蒸发修正系数、水蒸发系数等密切相关，是较为复杂的函数关系。在机组实际设计中通常是按照酸洗段中挤干辊、酸罐、地坑等的数量，依据经验数据确定废气的排放量，并根据废气中的酸雾浓度，计算酸的蒸发损失。

[1]Andrew Orme. 不锈钢的轧制、退火、酸洗综合生产线.钢铁，2004(4).

[2]雷君相，康永林，宋仁伯，杨雄飞，王志军.不锈钢冷轧卷连续酸洗工艺参数的正交试验研究.钢铁，2005(1).

[3]单芳.不锈带钢酸洗工艺及其质量控制.山西冶金，2005(1).

Analysis for the Acid Management of Pickling Section of the Annealing & Pickling Line

Zhu Liang1Yan Xiaomeng2Dai Xiuzhi2

(1:Benxi Iron and Steel Group Co., Ltd, Product and Technology Office of Stainless Steel Plant, Benxi 117021;2:Capital Engineering & Research Incorporation Limited, Beijing 100176)

For the acid management in APL (Annealing & Pickling Line) of stainless steel, it realize the management for strip surface quality and acid consumption by controlling the waste acid discharge and fresh acid addition. This paper analyse the method and specific content of acid management. And also the calculation method for waste acid discharge and the fresh acid addition is detailed introduced.

Stainless steel Pickling section Acid management

朱亮，男，1981年出生，2004年毕业于辽宁工学院金相热处理专业，学士，工程师，现工作于本溪钢铁集团不锈钢冷轧丹东有线责任公司1

TG142.71

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.01.007

2014-09-15)