浅谈自动化仪表控制系统在带钢酸洗处理中的应用

蔡 猛

（河钢邯钢冷轧厂，河北 邯郸 056000）

酸洗工序是冷轧带钢生产中的重要环节，其作用是清除带钢表面的氧化铁皮，防止氧化铁皮在后续轧制工序中轧入带钢基体，引起带钢产品的各种质量缺陷。传统的酸洗操作中，由于人为因素较多，酸洗工艺各项参数控制准确性并不高，容易出现欠酸洗和过酸洗等问题，影响产品质量。

随着工业的现代化发展，自动化控制技术已在工业生产中得到广泛应用，其中冷轧酸洗生产线就是其应用的重要方面。自动化仪表控制技术的应用使酸洗过程中的酸液温度、浓度、漂洗水等相关参数的控制全部实现了自动化、无人化，使酸洗工艺得到了严格的控制，有效保证了酸洗质量。

邯钢酸洗连轧生产线自动化仪表系统采用西门子电气自动化设备，设备系统以高速微处理器为基础，用于工艺控制和顺序控制，能够在多计算机模式下运行。全线的基础自动化系统根据生产环节的不同被分为几个独立的自动化单元，通过连接到相关的电气外围设备（远程I/O）用于测量和执行，其中酸洗部分的仪表功能控制是通过酸洗线的过程PLC来实现的。酸洗段自动控制系统的硬件组成包括：PLC控制核心、存储器模件、I/O接口、现场总线、工业以太网总线、测量装置、远程I/O、电源模件等，电源采用24V低压供电。酸洗段自动控制PLC采用SIMATIC S7-400，允许监视计算以及开环、闭环等各种模块的运行；通过各种传感器和相应的I/O接口实现了对温度、流量、电导率、PH值等各工艺参数的监视和控制。站与站之间采用工业以太网连接，与DCS系统之间以串级通讯方式相连接，生产线各种工艺参数的实时数据可在线反馈至操作站DCS系统画面，包括酸洗段总貌画面、历史曲线画面、报警画面、操作画面等皆可在DCS系统画面上显示。

自动化仪表运行时，现场的测量装置会将采集的工艺参数信息传输至PLC，PLC会根据内置的程序结合反馈信号对执行机构发出相应的控制信号，从而使执行机构自动完成阀门开闭、温度调节等操作，以保持酸洗工艺的稳定。人员在监控室内即可对生产过程和各种工艺参数进行实时监控和远程的调节操作。

酸洗是利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的一种清洁金属表面的化学方法，将带钢置于酸液环境中，通过酸液与铁氧化物的还原反应，达到清除钢铁表面铁氧化物的目的。冷轧酸洗中通常以盐酸为酸洗剂。酸洗生产中对于酸液浓度、温度、酸洗时间等工艺参数都有严格的要求，如果某项参数控制出现偏差，则容易导致过酸洗或是欠酸洗问题的发生，最终影响板带质量。

常温下，用20%～80%（体积）的盐酸溶液对钢铁进行酸洗，不易发生过腐蚀和氢脆现象。酸洗段自动化仪表主要是对酸洗环节影响酸洗质量的酸液浓度、温度、酸洗时间等参数进行自动控制，保持参数控制的标准和稳定。酸洗段仪表主要控制回路包括：盐酸浓度控制、盐酸温度控制、漂洗水导电率控制等。其中，酸液浓度和温度是影响酸液活性和酸洗速度的最主要因素，酸液温度的提高有助于反应的进行，通过合理调整酸液浓度和温度参数可使酸液达到最佳活性状态和最为理想的酸洗效果。

1 酸液温度控制

酸洗槽内的盐酸温度必须保持在一定范围内，如果温度偏低则酸液活性较低，不利于反应进行；温度过高的话，虽然酸洗时间缩短，但酸液消耗较大。自动化控制系统的应用使酸液温度控制更加精确，系统通过对热交换器中蒸汽流量的控制来实现对酸液温度的控制。

温度控制系统采用串级PID控制方式，由现场的温度传感器将温度信号传输至系统，由处理器根据回流温度偏差，通过主温度控制器计算出副温度控制器的设定值，然后由副控制器完成温度控制；同时在控温过程中根据酸液温度选择长循环或是短循环控制模式。

2 酸液密度控制

密度控制的目的是通过排出酸洗废液和补充新酸液来使酸液中的氢离子浓度维持在一定范围内，避免酸洗时因酸液中铁离子和其它杂质物含量超标而影响酸洗效果。

酸洗废液和新酸液分别放置在两个酸储液罐中，并由管路相连通，通过控制管路阀门的开闭来完成酸液的排出和补充。该控制方式同样为串级PID控制，在设定酸液浓度标准值之后，系统会根据酸液浓度的差值来控制各流量调节器来完成对酸液浓度的控制。

3 漂洗水控制

带钢在酸洗之后表面必然会残留有一些酸液，如不及时清除则会对钢材表面产生腐蚀作用。因此，在酸洗之后必须要再次漂洗，以清除带钢表面残留酸液。为了将残留酸液清除干净，需对漂洗水温度、电导率等参数进行控制。漂洗水控制分为三个方面：一是液位连锁，在漂洗液位槽内设置液位计，同时将液位以电信号方式传输至系统，当槽内液位低于设定值时，漂洗水泵停泵，喷淋头停止喷水；二是电导率控制，当现场测量装置超限报警后，PID调节器调节会通过开闭阀门来调节漂洗槽的冷凝水流量，从而维持漂洗水比较理想的导电率；三是漂洗水温度控制，同样采用PID控制，通过调节蒸汽阀门来实现对蒸汽流量的调节，继而控制漂洗水温度。

综上所述，自动化控制系统的应用使酸洗工艺参数调节更加精确，有效提高了酸洗质量，实现了酸洗生产的自动、集约和高效。