程文彬 湯龍波

【摘 要】本文介紹柳鋼冷軋1250mm酸連軋機(jī)組中的乳化液控制系統(tǒng)，其中包括系統(tǒng)簡介、乳化液系統(tǒng)控制。乳化液系統(tǒng)在整個(gè)軋機(jī)軋制過程中起著分段冷卻、和對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】酸連軋；乳化液控制系統(tǒng)

中圖分類號： TG334.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0078-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.036

【Abstract】This thesis introduces the Liuzhou iron &steel; group company cold-rolled 1250 mm tandem mill coupled pickle line emulsion control system，including system introduction，the emulsion system control. Emulsion system in the whole play a segmented cooling in the process of rolling mill，and plays an important role in the quality of product.

【Key words】Tandem mill coupled pickle；Emulsion control system

0 前言

柳鋼冷軋1250mm酸軋線乳化液主要采用的是安川的E1000變頻傳動(dòng)系統(tǒng)、中國一重的設(shè)備以及意大利ANSALDO自動(dòng)化控制系統(tǒng)。1250mm冷軋乳化液系統(tǒng)主要是對軋輥和軋件進(jìn)行分段冷卻，控制軋后板型。乳化液對產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 乳化液系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)

乳化液系統(tǒng)整體框架（如圖1）

乳化液系統(tǒng)由主循環(huán)噴射系統(tǒng)、輔助過濾系統(tǒng)以及溫度濃度控制系統(tǒng)組成。

1.1.1 主循環(huán)噴射系統(tǒng)

冷連軋乳化液系統(tǒng)主循環(huán)噴射系統(tǒng)總體上分為A、B箱2個(gè)系統(tǒng)。2個(gè)系統(tǒng)分別有主油箱、主泵、噴射調(diào)節(jié)閥、回流箱和回流泵等組成。主油箱存儲乳化液、噴射調(diào)節(jié)閥控制乳化液流量和壓力，回流箱用于收集乳化液，主泵和回流泵控制乳化液的循環(huán)流動(dòng)的壓力和速率。在整個(gè)乳化液系統(tǒng)中主泵和提升泵是由可調(diào)速變頻器控制；循環(huán)泵是由MCC抽屜柜控制。壓力傳感器、溫度傳感器、液位計(jì)、流量計(jì)等測量儀表為閉環(huán)控制提供反饋信息。

1.1.2 輔助過濾系統(tǒng)

在冷軋生產(chǎn)的過程中乳化液中會含有大量的氧化鐵皮和細(xì)小微利懸浮物，與此同時(shí)還會產(chǎn)生污油和廢油。乳化液系統(tǒng)的循環(huán)利用需要有一個(gè)輔助的過濾系統(tǒng)。輔助過濾系統(tǒng)包含了真空過濾器、磁過濾器、撇油器、反沖洗過濾器等。在回流箱收集的乳化液將首先通過平床過濾器過濾大顆的雜物，然后回流到主油箱的污油側(cè)通過磁過濾器和撇油器將細(xì)微的磁鐵粒子和污油過濾出來保持乳化液清潔度。其中平床過濾器和反沖洗過濾器通過壓力反饋實(shí)現(xiàn)運(yùn)行閉環(huán)控制；磁過濾器和撇油器是通過設(shè)定時(shí)間進(jìn)行開環(huán)控制。

1.1.3 溫度濃度控制系統(tǒng)

乳化液溫度不光影響到乳化液的冷卻性能，同時(shí)它還關(guān)系到軋機(jī)軋制的潤滑性能和帶鋼表面的清潔度。在溫度濃度控制系統(tǒng)中主要包含了：主箱的循環(huán)泵、蒸汽調(diào)節(jié)閥、冷卻器調(diào)節(jié)閥、軋制油系統(tǒng)和脫鹽水系統(tǒng)。

2 乳化液系統(tǒng)的控制

乳化液的控制主要體現(xiàn)在乳化液的噴射、乳化液的清潔度、乳化液的濃度和溫度等方面。

2.1 乳化液的噴射控制

乳化液噴射控制主要分為2種方式：主管路壓力控制、流量控制。

2.1.1 主管路壓力控制

在乳化液噴射控制中，恒壓力控制是作為一種主要的控制手段。在軋制過程中乳化液流量要適應(yīng)噴射裝置控制要求，并且壓力一旦設(shè)定好，無論乳化液流量如何改變，壓力都要維持穩(wěn)定。本系統(tǒng)通過讀取管路上壓力傳感器反饋的壓力值與設(shè)定的壓力值做比較，由ANSALDO的PLC控制系統(tǒng)通過Profibus通訊協(xié)議對主泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制方式調(diào)節(jié)乳化液系統(tǒng)的壓力。

乳化液壓力控制如圖2所示。

PLC系統(tǒng)通過控制字對變頻器裝置進(jìn)行控制，控制字1主要包括：泵風(fēng)機(jī)運(yùn)行、泵正反轉(zhuǎn)、使能、電氣脈沖封鎖OFF2命令、快停OFF3命令、復(fù)位命令；控制字2為轉(zhuǎn)速給定。變頻器裝置將運(yùn)行狀態(tài)通過狀態(tài)字反饋回PLC系統(tǒng)中形成閉環(huán)控制，其狀態(tài)字1包括：合閘準(zhǔn)備好、合閘信號、運(yùn)行信號、故障、電氣脈沖封鎖OFF2信號、快停OFF3信號、合閘封鎖、報(bào)警、本地控制；狀態(tài)字2為轉(zhuǎn)速反饋；狀態(tài)字3為電流反饋等。

2.1.2 乳化液流量控制

乳化液的流量控制系統(tǒng)可以設(shè)定每個(gè)機(jī)架所需的流量，是通過每個(gè)機(jī)架各自的流量傳感器反饋回來的流量值與設(shè)定的流量值做比較，由ANSALDO的PLC控制系統(tǒng)通過Profibus通訊協(xié)議進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)閥的開口度。其控制電流為4～20mA對應(yīng)0%～100%調(diào)節(jié)閥開口度。在實(shí)際軋制過程中，流量的給定是隨著軋制速度的變化而變化。當(dāng)軋制速度較快時(shí)，乳化液流量會隨之增大。

乳化液流量控制如圖3所示：

軋機(jī)5號機(jī)架由于直接影響到出口帶鋼板型所以在流量控制上比較特殊。它是由ABB板型儀采用恒壓力所控制。板型儀的板型輥橫向輥面有4組每組22個(gè)檢測鋼帶板型的壓力傳感器，板型儀根據(jù)壓力傳感器反饋的讀數(shù)所反映的板型狀況來調(diào)整5機(jī)架乳化液每段噴射的流量，實(shí)現(xiàn)調(diào)整板型的功能。

2.2 乳化液清潔度控制

乳化液的清潔度控制主要是控制乳化液的雜質(zhì)過濾。真空過濾器采用的是博南潤滑控制系統(tǒng)?；亓鞯娜榛盒枰?jīng)過真空過濾器的濾紙，當(dāng)過濾紙兩邊壓差到達(dá)設(shè)定壓差值紙帶電機(jī)會自動(dòng)更換新濾紙，每次更新8米濾紙。壓差主要是由濾紙干凈程度決定的。反沖洗過濾器采用的是HYDAC的FR3過濾器。當(dāng)異物塞滿濾網(wǎng)，壓差到達(dá)設(shè)定值之后開始自動(dòng)進(jìn)行反沖洗將濾網(wǎng)清洗干凈。而磁過濾器和撇油器則采用的是中國一重設(shè)備，采取的是時(shí)間開環(huán)控制方式。設(shè)備運(yùn)行按照設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間進(jìn)行啟停。

2.3 乳化液配液控制

乳化液配液是有溫度和濃度要求的。根據(jù)不同的帶鋼厚度所要求的乳化液溫度和濃度也有區(qū)別。

2.3.1 乳化液溫度控制

在乳化液溫度的控制中，蒸汽調(diào)節(jié)閥和冷卻水調(diào)節(jié)閥開口度實(shí)現(xiàn)溫度的控制，系統(tǒng)會根據(jù)要求的設(shè)定濃度通過Profibus通訊協(xié)議經(jīng)過遠(yuǎn)程站4～20mA信號輸出分別控制蒸汽調(diào)節(jié)閥和冷卻水調(diào)節(jié)閥。而在主油箱的溫度傳感器則為系統(tǒng)的溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)提供控制依據(jù)。

乳化液流量控制如圖4所示：

2.3.2 乳化液濃度控制

乳化液控制中濃度控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量是控制中最重要的的一環(huán)，影響到乳化液濃度主要的因素為加油量和加水量。

在生產(chǎn)中乳化液軋制油消耗主要體現(xiàn)在板面殘留、過濾系統(tǒng)消耗、以及排霧風(fēng)機(jī)等其他油耗。在本系統(tǒng)中乳化液配液是通過全自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的。VA為當(dāng)前理論軋制油消耗累計(jì)值。VS為加油量設(shè)定值。當(dāng)VA？叟VS，即理論累計(jì)值？叟設(shè)定值時(shí)乳化液系統(tǒng)開始自動(dòng)加油。而加油體積累計(jì)值VA從0累加到VS所用的累加時(shí)間為T。

帶鋼板面殘留量是帶鋼在軋制過程中經(jīng)過乳化液的冷卻附著在帶鋼表面的軋制油，板面殘留消耗的軋制油計(jì)算（見式1）：

其中V1為累加時(shí)間T內(nèi)帶鋼板面油耗體積的累加值；？籽為軋制油密度；L為單卷帶鋼長度；d為單卷帶鋼寬度；C為單卷板面殘留量系數(shù)，殘油量系數(shù)C為可以通過HMI畫面進(jìn)行手動(dòng)修改。系統(tǒng)會在每次飛剪剪切完畢之后自動(dòng)計(jì)算并記錄上一卷帶鋼的耗油量，根據(jù)5機(jī)架出口速度準(zhǔn)確計(jì)算出帶鋼長度L，在二級數(shù)據(jù)中讀取所測得的寬度d。整個(gè)計(jì)算累加過程數(shù)值精確，保證了計(jì)算板面耗油量的準(zhǔn)確性。

過濾系統(tǒng)而消耗的軋制油包括磁過濾器和撇油器等在過濾過程中帶出的油泥所含的軋制油，過濾系統(tǒng)所消耗的軋制油計(jì)算（見式2）：

其中V2為累加時(shí)間T內(nèi)過濾系統(tǒng)消耗體積的累加值；？琢1為每分鐘磁過濾器過濾軋制油重量的系數(shù)，t1為磁過濾系統(tǒng)開啟的時(shí)間；？琢2為每分鐘撇油器過濾軋制油重量的系數(shù)，t2為撇油器開啟的時(shí)間；？籽為軋制油密度。過濾系數(shù)？琢1和？琢2以及過濾時(shí)間t1和t1可以通過HMI畫面進(jìn)行手動(dòng)修改。通過多次嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)得出過濾系數(shù)？琢1和？琢2分別為11.11kg/h和3.16kg/h。

排霧風(fēng)機(jī)等其他油耗總和主要是排霧風(fēng)機(jī)抽走的乳化液中含有軋制油。根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析證明排霧風(fēng)機(jī)等其他油耗總和與過濾系統(tǒng)消耗的軋制油成比例關(guān)系。（見式3）：

其中V3為排霧風(fēng)機(jī)等其他油耗總和，？琢3為比例系數(shù)，V2為過濾系統(tǒng)消耗的體積，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)表明？琢3的數(shù)據(jù)為50%左右。

乳化液設(shè)置AB兩個(gè)系統(tǒng)，A系統(tǒng)高濃度起到軋制潤滑作用，B系統(tǒng)低濃度主要起到清潔板面作用，因此高速軋制時(shí)板面不可避免將A系統(tǒng)軋制油帶入B系統(tǒng)。為保證板面清潔度及板面鐵粉殘留低，對于B系統(tǒng)電導(dǎo)率、鐵含量控制要求高于A系統(tǒng)，B系統(tǒng)乳化液需要及時(shí)更新補(bǔ)充新水。在系統(tǒng)控制中采用從B系統(tǒng)自動(dòng)倒箱到A系統(tǒng)方法加快B系統(tǒng)乳化液更新速度，提高板面清潔度。每次自動(dòng)補(bǔ)油后優(yōu)先從B系統(tǒng)倒箱補(bǔ)A系統(tǒng)液位，如果倒B系統(tǒng)不夠補(bǔ)到設(shè)定控制液位則再啟動(dòng)補(bǔ)新脫鹽水。每次倒箱的乳化液體積可以通過HMI畫面控制。

乳化液系統(tǒng)濃度自動(dòng)控制流程提如圖5所示。

3 結(jié)束語

柳鋼冷軋1250mm軋機(jī)乳化液系統(tǒng)自動(dòng)控制程度較高，工序能力指數(shù)cp值保持在1.35～1.76之間，標(biāo)準(zhǔn)差在0.14～0.2之間。整個(gè)乳化液控制系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動(dòng)力成本起著至關(guān)重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張景勁.板帶冷軋生產(chǎn).冶金工業(yè)出版社，2008.