酸洗液性能在线检测系统及方法与流程

本发明涉及冶金设备领域，尤其是涉及一种酸洗液性能在线检测系统及方法。

背景技术：

酸洗是冷轧薄板生产过程中的一道重要环节，其目的是去除热轧板表面的氧化皮。酸洗过程是一个化学和电化学相互作用的过程，包括酸对氧化皮的溶解、氢气的破鳞作用以及氢原子的还原作用。影响酸洗速度和效率的因素有：热轧板表面氧化铁皮的状况(包括不同钢种氧化铁皮的组成，不同卷取条件所形成氧化铁皮的厚度)、破鳞工艺参数(延伸率和插入量)、以及酸洗工艺参数(盐酸的浓度、温度、流动状况、fe2+离子浓度等)，这些参数的稳定控制对酸洗板表面质量存在重要的影响。由于影响酸洗稳定生产的因素众多，一旦生产工艺参数控制不佳，将会出现过酸洗和欠酸洗的现象，严重影响到酸洗板的表面质量，给企业带来巨大的经济损失。

在酸洗过程中，酸洗液中的h+离子将不断降低，而溶液中的fe2+离子浓度会不断上升，酸洗液的酸洗能力也随之降低，因此酸洗过程中需要通过新酸液的不断添加和旧酸洗液的不断排放，从而确保酸洗液的酸洗能力，满足连续酸洗生产的需要，因此实时准确掌握酸洗液的性能对酸洗生产至关重要。

目前大多数连续酸洗机组各酸洗段中酸洗液的性能是通过离线检测及后调整策略，酸洗液中铁离子浓度的检测方法通常是在一定周期(约为每班两次)人工对酸液采样并进行化验，当检测到酸液浓度下降到某一值时，对循环罐添加新酸并排出旧酸，来提高酸的浓度。这种操作模式响应速度慢，造成酸洗液的过程控制非常不稳定，无法满足高品质酸洗板生产的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种酸洗液性能在线检测系统及方法，其在测试酸洗液中铁离子浓度的同时，可同时给出酸洗液中h+离子的浓度，从而实现对酸洗液的质量实现在线检测。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种酸洗液性能在线检测系统，其包括：过滤器(1)、输液泵(2)、储液罐(3)、上回流管(4)、液位计(5)、温度计(6)、密度计(7)、电导率仪(8)、自动阀(9)、下回流管(10)、酸浓度分析系统(11)；所述储液罐(3)与酸罐(12)之间设置有进口管路，所述输液泵(2)设置于进口管路，所述输液泵(2)的入口处安装有过滤器(1)；所述储液罐(3)的下部通过下回流管(10)而连接于酸罐，所述下回流管设置有自动阀(9)；所述储液罐(3)的上部通过上回流管(4)而连接于酸罐；所述储液罐(3)设置有液位计(5)、温度计(6)、密度计(7)、电导率仪(8)，所述温度计(6)、密度计(7)、电导率仪(8)的信号输出端连接于所述酸浓度分析系统(11)。

本发明的酸洗液性能在线检测系统中，所述输液泵(2)为计量泵。

本发明的酸洗液性能在线检测系统中，所述电导率仪设置于进口管路上或者储液罐上。

本发明的酸洗液性能在线检测系统中，所述电导率仪(8)为电磁式电导率仪，所述电磁式电导率仪的检测线圈与流体流动方向垂直。

本发明的酸洗液性能在线检测系统中，所述储液罐采用耐腐蚀的pph塑料制成，所述储液罐的流体出口、流体入口设置于罐体的侧面，所述流体出口、流体入口与密度计的距离h不小于储液罐的直径d。

利用前述酸洗液性能在线检测系统进行酸洗液性能在线检测的方法，该方法为：当利用温度计(6)、密度计(7)、电导率仪(8)实时检测到酸洗液的温度、密度、电导率参数后，采用hart通讯协议将测试到的数据传输到酸浓度分析系统(11)的数据处理系统，通过系统内部数据处理将其转换为酸洗液的h+离子的浓度和fe2+离子的浓度，计算包括如下步骤：

1)将测试到的电导率(αt)和密度(ρt)进行温度修正，将测试数值转换到常温下电导率(αb)和密度(ρb)，修正的公式为：

αb＝αt^-a(t－25)

ρb＝ρt^+b(t－25)

系数a和b根据酸洗液的类型确定

2)根据修正后的电导率(αb)和密度(ρb)计算酸洗液的h⁺离子的浓度和fe²⁺离子的浓度，计算公式为：

本发明具有如下有益效果：本发明所涉及到的酸洗液性能检测系统可用于实时检测盐酸、硫酸、和硝酸酸洗液中酸浓度和铁离子浓度，系统具有测试精度高，所预测的酸洗液中酸浓度和铁离子浓度与实测值相近的特点，系统与酸洗液控制系统相连可实现酸洗线的自动进酸和排酸。

附图说明

图1为盐酸浓度与电导率之间关系图。

图2为盐酸浓度与密度之间的关系图。

图3为fecl2浓度与密度之间的关系图。

图4为fecl2浓度与溶液电导率之间的关系图。

图5为酸洗液性能检测系统原理图。

图6为电导率传感器结构示意图。

图7为储液罐结构示意图。

图8为紊流酸洗线示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

酸洗液在工作的过程中，酸液与氧化铁皮和铁反应，使得酸洗液中的h⁺离子浓度不断下降，fe²⁺离子浓度不断上升，这一浓度的改变最终的结果是使得酸洗液的电导率和密度发生改变。h⁺离子是一种强电解质，其浓度的高低对酸洗液的电导率影响较大，以盐酸溶液为例，其浓度与溶液电导率之间的关系如图1所示，浓度与电导率之间几乎呈线性增加，同时盐酸的密度液与h⁺浓度之间几乎液呈线性增加如图2所示。fe²⁺离子的浓度对对酸洗液的密度影响较大，浓度与密度之间几乎呈线性增加，如图3所示，而酸洗液的电导率随fe²⁺离子浓度的增加呈现饱和现象，当溶液中fe²⁺离子浓度达到一定值后，密度几乎保持不变，如图4所示。因此可以断定酸洗液在工作的过程中存在电导率不断下降，而密度不断增大的现象，为此通过检测酸洗液的电导率和密度就可以推测酸洗液中h+浓度和fe2+离子浓度，从而确定酸洗液性能。

本发明提供了一种酸洗液性能在线检测系统，参见图5，其包括：过滤器1、输液泵2、储液罐3、上回流管4、液位计5、温度计6、密度计7、电导率仪8、自动阀9、下回流管10、酸浓度分析系统11。

所述储液罐3与酸罐12之间设置有进口管路，所述输液泵2设置于进口管路，所述输液泵2的入口处安装有过滤器1。所述输液泵2为计量泵，酸罐中的废酸通过计量泵经过滤后打入到缓冲罐(即储液罐3)，电导仪安装在进口管道上或者储液罐上，图5中电导仪布置在储液罐处，缓冲罐内充满液体，系统对罐中酸液的密度和循环管道中的电导率进行检测，利用密度值对电导率修正，从而计算出浓度。在正常运行时，计量泵始终启动使循环管道中一直有酸，保证电导率的测量。电导率的检测采用电磁式电导率仪，电导率仪安装在进口管道上，电导率仪的测试线圈的中心线高度与管道中心线高度一致，检测线圈的安装方位与流体流动方向垂直，电导率仪的结构示意图如图6所示。

从图5可以看出，所述储液罐3的下部通过下回流管10而连接于酸罐，所述下回流管设置有自动阀9。所述储液罐3的上部通过上回流管4而连接于酸罐；所述储液罐3设置有液位计5、温度计6、密度计7、电导率仪8，所述温度计6、密度计7、电导率仪8的信号输出端连接于所述酸浓度分析系统11。

参见图7，所述储液罐(缓冲罐)采用耐腐蚀的pph塑料制成，所述储液罐3的流体出口3a(酸液出口)、流体入口3b(酸液入口)设置于罐体的侧面，且流体出口位于储液罐的上部，流体入口位于储液罐的下部，储液罐的顶部设置有温度计接口3c，例如温度传感器等温度计设置于温度计接口，温度传感器安装在缓冲罐的顶部，温度传感器要求能耐酸腐蚀，检测范围0～90℃，精度0.1℃。在储液罐的侧壁设置有密度计接口3d，密度计安装于密度计接口处，密度计采用测装式密度计，垂直安装，密度计的测试范围1.0～3.0g/ml，精度：0.001g/ml。所述流体出口、流体入口与密度计的距离h不小于储液罐的直径d。在储液罐底部设置有排污阀3e。

该系统中的酸洗液通过计量泵从循环罐中抽取，计量泵的流量l决定于罐子的直径d，l与d之间的关系为：l＝(0.5～1.0)d²l/min(d的单位为cm)。

利用前述酸洗液性能在线检测系统进行酸洗液性能在线检测的方法，该方法为：当利用温度计6、密度计7、电导率仪8实时检测到酸洗液的温度、密度、电导率参数后，采用hart通讯协议将测试到的数据传输到酸浓度分析系统11的数据处理系统，通过系统内部数据处理将其转换为酸洗液的h+离子的浓度和fe2+离子的浓度，计算包括如下步骤：

1)将测试到的电导率αt和密度ρt进行温度修正，将测试数值转换到常温下电导率αb和密度ρb，修正的公式为：

αb＝αt-a(t－25)

ρb＝ρt+b(t－25)

系数a和b根据酸洗液的类型确定

2)根据修正后的电导率αb和密度ρb计算酸洗液的h⁺离子的浓度和fe²⁺离子的浓度，计算公式为：

某冷轧厂的酸洗线采用紊流盐酸酸洗，酸洗线的示意图如图8所示，该酸洗线共分为3段，新生的再生酸自3号酸罐加入，酸液通过溢流的方式自3号罐流入到2号罐，在溢流到1号罐，废酸自1号罐排出。为准确确定排放废酸的量，需要实时监测1号酸罐内酸洗液的性能，得到酸洗液中酸浓度和铁离子浓度，本专利所涉及的酸洗质量检测系统安装在该系统中。

根据酸洗机组现场的实际情况，检测系统安装在1#酸洗罐旁，该位置有一条管道用于测试酸洗液的电导率，该管道的入口与1#酸槽酸洗液循环泵的出口相连，出口的酸液直接流入到酸罐中。

检测系统密度计选用侧装式xy883密度计，测试范围0～2g/cm3；电导率仪选用日本横河公司生产的fmd2000电导率仪及其配套的变送器，测试范围0-2000ms/cm；温度传感器选用爱默生pt100-385温度传感器。测试范围0～100℃。

缓冲罐采用pph材质制作，罐体的壁厚为10mm，罐子直径200mm，高度1100mm，密度计和酸洗液进出口管口的距离为220mm。系统运行时计量泵的流量为150l/min。

根据该罐中酸洗液的特性，电导率和密度的修正系数a、b的值为：a＝1.325，b＝0.0571。采用修正后的电导率(αb)和密度(ρb)计算酸洗液的h+离子的浓度和fe²⁺离子的浓度，计算公式为：

根据该系统，1号酸槽内酸洗液盐酸浓度和铁离子浓度的预测值与实测值相比在3％之内。

图1为盐酸浓度与电导率之间关系图，图2为盐酸浓度与密度之间的关系图，图3为fecl2浓度与密度之间的关系图，图4为fecl2浓度与溶液电导率之间的关系图。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。