朱 亮 閆曉萌 代秀芝

(1:本溪鋼鐵集團(tuán)不銹鋼廠生產(chǎn)技術(shù)部 遼寧本溪117021;2:中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京100176)

·技術(shù)分析·

不銹鋼連續(xù)退火酸洗機(jī)組酸管理系統(tǒng)的分析

朱 亮①閆曉萌2代秀芝2

(1:本溪鋼鐵集團(tuán)不銹鋼廠生產(chǎn)技術(shù)部 遼寧本溪117021;2:中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京100176)

不銹鋼退火酸洗線中的酸管理系統(tǒng)是通過對廢酸排放和新酸添加的控制，實(shí)現(xiàn)對帶鋼表面質(zhì)量和酸耗的管理。分析了實(shí)現(xiàn)酸管理的方法和酸管理的具體內(nèi)容，并對廢酸的排放量、新酸的添加量等計(jì)算方法給出了較為詳細(xì)的說明。

不銹鋼 酸洗段 酸管理

1 酸管理的基本理念

對于不銹鋼熱帶退火酸洗機(jī)組和冷帶退火酸洗機(jī)組而言，其中的酸洗段是機(jī)組的重要組成部分。酸管理是保證酸洗段正常、穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，它對帶鋼的表面質(zhì)量及酸液的合理利用均是至關(guān)重要的。

酸管理的基本理念是保持酸液中金屬離子濃度的恒定，從而保證酸洗效果的最優(yōu)和穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)中，對于混酸酸洗段，通常位于生產(chǎn)線下游的混酸槽會(huì)要求更低的金屬離子濃度，以保證最終的酸洗效果。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需首先按照帶鋼的鋼種、單位時(shí)間內(nèi)通過酸洗段的表面積、加工狀態(tài)等條件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定帶鋼表面的氧化鐵皮含量及所需酸液的濃度，由酸管理系統(tǒng)自動(dòng)完成相關(guān)的計(jì)算以確定新酸的添加量和廢酸的排放量，并通過PLC系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

此外，間隔一定的時(shí)間對酸液濃度進(jìn)行離線分析，并根據(jù)酸洗后帶鋼的表面質(zhì)量及酸分析的結(jié)果，對酸液的排放進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

本文重點(diǎn)對由硝酸和氫氟酸組成的混酸酸洗段的酸管理系統(tǒng)進(jìn)行論述。

2 酸洗模式的預(yù)設(shè)定

對于不同的操作模式，酸管理的具體內(nèi)容和方式會(huì)有所不同。因此，需要在HMI上對以下的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)先確定。

2.1 鋼種

以典型鋼種AISI201、AISI304、AISI409、AISI430為例，這4個(gè)鋼種采用的酸液濃度，甚至酸槽和循環(huán)罐均會(huì)有所不同。因此，在確定了生產(chǎn)鋼種時(shí)，即意味著同時(shí)選定了酸槽中液體的成分，以及所使用的循環(huán)管路。

2.2 明確是否投入酸純化或酸再生系統(tǒng)

經(jīng)過酸純化或再生處理后的混酸溶液，其硝酸和氫氟酸的含量與新酸不同，并且殘留有一定濃度的金屬離子。這對廢酸液的排放制度和新酸的添加制度都會(huì)與不投入酸純化或再生酸系統(tǒng)時(shí)有所不同。

2.3 確定廢酸排放方式

根據(jù)作業(yè)線生產(chǎn)能力的要求，通常情況下混酸段的酸槽數(shù)量不會(huì)少于2個(gè)，而各個(gè)酸槽對應(yīng)有各自的酸循環(huán)系統(tǒng)。那么廢酸采用逆流級聯(lián)的排放方式，還是各酸槽的循環(huán)罐獨(dú)立排放，也同樣影響到新酸添加制度和廢酸的排放制度。

3 酸管理的具體內(nèi)容

3.1 計(jì)算廢酸排放總量

設(shè)定：單位時(shí)間內(nèi)通過酸洗槽的帶鋼表面積為S，m2/h；

帶鋼表面氧化鐵皮的含量為W，g/m2/側(cè)；

混酸溶液中金屬離子的含量為M，g/l。

在酸純化或酸再生系統(tǒng)沒有投入的情況下，廢酸的排放量L(l/h)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

L=S×W/M

當(dāng)酸純化或酸再生系統(tǒng)投入使用，并且再生酸液中，金屬離子的殘存量為M殘(g/l)，則廢酸的排放量L(l/h)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

L=S×W/(M-M殘)

由此可見，廢酸的排放量與添加酸的種類密切相關(guān)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，部分廢酸是以帶鋼拖帶的形式，進(jìn)入最終漂洗段。位于酸槽出口擠干輥的擠干效果直接關(guān)系到帶鋼拖帶的酸液量。帶鋼單位面積帶鋼的拖帶量可以認(rèn)為是一個(gè)固定值。這部分廢酸液量應(yīng)包含在廢液的排放總量中。其計(jì)算公式如下：

L1=S1×W1/1000

式中L1—單位時(shí)間內(nèi)帶鋼表面拖帶酸液總量，l/h；

S1—單位時(shí)間內(nèi)通過酸洗槽的帶鋼表面積，m2/h；

W1—帶鋼表面殘留酸液的厚度，μm。

3.2 確定廢酸排放頻次

酸液中允許的金屬離子波動(dòng)范圍，決定了廢酸的排放頻次。通常情況下，允許金屬離子濃度與設(shè)定值的偏差是1g/l～7g/l。要求的偏差值越小，則廢酸排放泵的啟動(dòng)就越頻繁，而每次的廢酸排放量則相應(yīng)較??；反之，若允許的偏差值較大，則廢酸排放泵的頻次低，但每次的廢酸排放量相應(yīng)較大。

廢酸的每次排放量可按照如下的公式進(jìn)行計(jì)算：

L2=V×△M/M×1000

式中L2—每次廢酸排放量，l/次；V—酸循環(huán)單元中的酸液總量，m3； △M—酸液中設(shè)定的金屬離子濃度允許偏差值，g/l；

M—酸液中設(shè)定的金屬離子濃度，g/l。

廢酸排放泵的啟動(dòng)間隔時(shí)間T(min)，可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

T=L2/L×60

在此時(shí)間間隔內(nèi)，由帶鋼拖帶的酸液量為：

L3=S2×W1/1000

式中L3—T時(shí)間內(nèi)帶鋼表面拖帶酸液總量，l；S2—T時(shí)間內(nèi)通過酸洗槽的帶鋼表面積，m2/h。

當(dāng)排酸泵的能力已經(jīng)確定的情況下，可以計(jì)算得到每次廢酸排放時(shí)需要排酸泵的運(yùn)行時(shí)間。即：通過PLC系統(tǒng)控制排酸泵的啟、停，從而實(shí)現(xiàn)廢酸的自動(dòng)排放。每次由廢酸泵排放的廢酸量為：L2-L3。

3.3 酸液補(bǔ)償

隨著酸洗進(jìn)程，酸液中的金屬離子濃度會(huì)隨之增加。為了保持酸液中金屬離子的恒定，在廢酸排放后，需向酸循環(huán)罐中補(bǔ)充新酸(或再生/純化處理后的再生酸)。

酸液補(bǔ)償有以下3種方式：

1)當(dāng)酸再生或者酸純化未投入時(shí)，補(bǔ)償酸均為新酸。新硝酸、新氫氟酸，以及水的補(bǔ)償量可以按照下面的工時(shí)進(jìn)行計(jì)算。

VHNO3-ADD=CHNO3×L2/CHNO3-fresh

VHF-ADD=CHF×L2/CHF-fresh

V水-ADD=L2-VHNO3-ADD-VHF-ADD

式中CHNO3—混酸液中硝酸的濃度，g/l；CHNO3-fresh—外購新硝酸的濃度，g/l；CHF—混酸液中氫氟酸的濃度，g/l；CHF-fresh—外購新氫氟酸的濃度，g/l；VHNO3-ADD—向循環(huán)罐中新硝酸的添加量，l;VHF-ADD—向循環(huán)罐中新氫氟酸的添加量，l;V水-ADD—向循環(huán)罐中水的添加量，l。

在新酸泵的能力已經(jīng)確定的情況下，可以計(jì)算得到每次廢酸排放時(shí)需要新酸泵的運(yùn)行時(shí)間。即：通過PLC系統(tǒng)控制新酸泵的啟動(dòng)及停止，從而實(shí)現(xiàn)新酸的自動(dòng)添加。

2)當(dāng)酸純化系統(tǒng)(APU)投入時(shí)，純化處理后的酸液可以添加到循環(huán)罐中。由于純化酸液的硝酸和氫氟酸的濃度均低于所要求的酸洗濃度，故在該情形下仍需要向酸液中添加新硝酸和新氫氟酸。

純化后的酸液中硝酸、氫氟酸，以及金屬離子的濃度是需要離線分析獲取，其添加量與廢酸泵的排放量大致相同。新硝酸、新氫氟酸，以及水的添加量可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)算。

V純化=L2-L3

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

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

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

式中V純化—向循環(huán)罐中純化處理后的酸液的添加量，其設(shè)定值約同L2-L3，l/次；

VHNO3-ADD-純化—純化系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中新硝酸的添加量，l/次；

VHF-ADD-純化—純化系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中新氫氟酸的添加量，l/次；

V水-ADD-純化—純化系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中水的添加量，l/次。

3)當(dāng)酸再生系統(tǒng)投入使用時(shí)，再生處理后的酸液可以添加到循環(huán)罐中。通常情況下，再生酸中的硝酸濃度低于酸槽中的硝酸濃度，而氫氟酸的濃度則高于酸槽中的氫氟酸濃度。再生酸的實(shí)際濃度需要離線分析獲取。再生酸的產(chǎn)生效率則是由酸再生系統(tǒng)直接提供。

新硝酸、新氫氟酸，以及水的添加量可以用下面的公式進(jìn)行計(jì)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(shù)—酸再生系統(tǒng)效率，即再生酸液與廢酸液的體積比；

V再生—向循環(huán)罐中再生處理后的酸液的添加量，l/次；

VHNO3-ADD-再生—再生系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中新硝酸的添加量，l/次；

VHF-ADD-再生—再生系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中新氫氟酸的添加量，l/次；

V水-ADD-再生—再生系統(tǒng)投入時(shí)向循環(huán)罐中水的添加量，l/次。

4)改變酸液濃度

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)生產(chǎn)的帶鋼發(fā)生變化而需要改變酸液的濃度時(shí)，則進(jìn)行下面的操作。

(1)酸液濃度增高

當(dāng)要求的酸洗濃度增高，則需要向循環(huán)罐中添加新酸。其添加量可以按照下面的公式進(jìn)行計(jì)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—調(diào)整后酸液中硝酸的濃度，g/l；CHF-新—調(diào)整后酸液中氫氟酸的濃度，g/l。

(2)酸液濃度降低

當(dāng)酸液濃度需要降低時(shí)，則是排放一部分的酸液，之后補(bǔ)充同量的水。酸液可排放到純化或再生系統(tǒng)的廢酸罐中存放。

5)循環(huán)罐液位管理

生產(chǎn)線在工作狀態(tài)和停機(jī)狀態(tài)會(huì)有不同的液面高度，在某些特定的液面高度時(shí)，需要通過PLC系統(tǒng)對相應(yīng)的泵和電磁閥進(jìn)行操作，舉例如下。

在停機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)循環(huán)罐中的混酸溶液的液面高度達(dá)到某設(shè)定高度時(shí)，向循環(huán)罐中添加水的閥必須自動(dòng)關(guān)閉。若液面高于此設(shè)定值，則控制系統(tǒng)向操作人員發(fā)出警報(bào)。

在工作狀態(tài)下，當(dāng)循環(huán)罐中的混酸溶液的液面高度低于某設(shè)定高度時(shí)，排酸泵及相應(yīng)的閥關(guān)閉。若液面繼續(xù)降低到某設(shè)定值，則控制系統(tǒng)向操作人員發(fā)出警報(bào)。

4 結(jié)束語

酸管理是基于操作者經(jīng)驗(yàn)，通過HMI實(shí)現(xiàn)的操作系統(tǒng)。它對于帶鋼的酸洗效果和酸的消耗至關(guān)重要。

為了便于對酸管理系統(tǒng)的量化闡述，本文對酸液蒸發(fā)未進(jìn)行相關(guān)論述。而實(shí)際上酸液的蒸發(fā)損失對廢酸的排放量和新酸的添加量都是有所影響的。而酸液的蒸發(fā)量與酸液溫度、露點(diǎn)溫度、蒸發(fā)面積、通風(fēng)效率、氫氟酸和硝酸蒸發(fā)修正系數(shù)、水蒸發(fā)系數(shù)等密切相關(guān)，是較為復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。在機(jī)組實(shí)際設(shè)計(jì)中通常是按照酸洗段中擠干輥、酸罐、地坑等的數(shù)量，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定廢氣的排放量，并根據(jù)廢氣中的酸霧濃度，計(jì)算酸的蒸發(fā)損失。

[1]Andrew Orme. 不銹鋼的軋制、退火、酸洗綜合生產(chǎn)線.鋼鐵，2004(4).

[2]雷君相，康永林，宋仁伯，楊雄飛，王志軍.不銹鋼冷軋卷連續(xù)酸洗工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究.鋼鐵，2005(1).

[3]單芳.不銹帶鋼酸洗工藝及其質(zhì)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年畢業(yè)于遼寧工學(xué)院金相熱處理專業(yè)，學(xué)士，工程師，現(xiàn)工作于本溪鋼鐵集團(tuán)不銹鋼冷軋丹東有線責(zé)任公司1

TG142.71

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.01.007

2014-09-15)