带钢酸洗循环系统设计

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带钢酸洗循环系统是冷轧厂酸洗车间的核心，其优劣直接影响钢板产品的质量ll。酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程，对于带钢来说通常采用盐酸，因此也叫盐酸酸洗。从世界范用看，酸洗发展经历过-个阶段 ，早期的深槽酸洗，70年代中期的浅槽酸洗和 70年代末至今的浅槽紊流酸洗121。浅槽紊流酸洗制造成本低，维护方便 ，节能效果好，符合 家和世界倡导的绿色制造i 哩念国内学者对浅槽紊流酸洗循环系统进行 -些分析。文献 l数值模拟了酸槽内的流场，分析了流量、喷射角度、酸液温度对湍流强度的影响；文献l 帷 导r新酸添加量的数学梭型。这 分析局限于酸循环系统某-·，面，没有深入讨论酸洗循环系统设计理念及方法。下面对酸洗系统组成、设计要点进行探讨，并推导重要没汁参数汁算公式。

2酸洗系统酸洗系统包括酸循环系统 、漂洗循环系统和酸雾系统等 、酸循环系统采川多级紊流酸洗槽，增强酸洗槽中酸液的紊流度。新酸从末段酸洗槽循环系统进入，废酸从人口酸洗槽排出，酸槽采用逐级递流方式换酸以稳定各段酸槽中酸液成分。此设计有利于减少酸消耗量。

使用饱和蒸汽对酸液进行加热，并提高带钢的温度，以增强酸洗效果。饱和蒸汽换热后产生的冷凝水用于后续的漂洗，节约了漂洗循环耗水量。

漂洗系统用于冲洗带钢上下表面，以去除残存在带钢表面上的酸液。漂洗过程采用多级漂洗槽，使用反向梯流法。即漂洗水打到漂洗槽末段，其流动方向与带钢的运动方向相反，彤成梯流，最后从人 口漂洗槽流出。该设计的优点在于节约漂洗水用量。

酸雾系统用于收集并处理酸洗槽和漂洗槽在运行时产生大鞋的 酸气体。酸洗槽产生的含酸气体先经预处理装霞初步净化后ff-经酸雾净化塔进行净化 、采川两级处理流程优势在于禽酸量大的废气经过预处理装臀净化后产生的酸液可排列酸循环系统阿次利用，节约耗酸量。同时也减轻了酸雾净化塔的负担，节约酸雾净化塔的耗水酸洗系统工艺：流程 ，如图 1所爪。酸洗时问 、系统加热功率、新酸消耗帚、酸雾量等是酸循环系统没计要点和选型依据。

来稿日期：2012-09-29作者简介：耿庆斌.(98l-)男。辽宁沈阳人， r程师，主《研究方向：带钢酸洗1-艺硬装备；卢 鹏，(I980-).男 辽 沈；f1人，-r程师，主露研究方向：有色及冶金精整酸洗工艺没备第7期 耿庆斌等：带钢酸洗循环系统设计 85排入大气 表 1酸洗时间图 1酸洗系统工艺流程图FigA Process of Pickling System3酸洗时间的选择酸洗时间指带钢在酸槽内的浸泡时间。影响带钢酸洗时间的因素很多，主要包括带钢氧化铁皮的成分和厚度，流经带钢表面酸液的紊流状态，酸液的温度和浓度等。酸洗时间可表示为：a，b，c，d，e) (1)式中： -氧化铁皮成分和厚度；6-流经带钢表面酸液的紊流强度；c-酸液温度；d-酸液浓度。

氧化铁皮厚度和成分对酸洗时间的影响，如图2所示。氧化铁皮越厚，酸洗时间越长。氧化铁皮成分对酸洗时间的影响也很显著。另外经实验发现，氧化铁皮的厚度和成分组要主要与热轧卷取温度相关，因此热轧卷取温度对酸洗时间影响显著。

厘富键氧化铣皮厚度 ( m)图2氧化铁皮对酸洗时间的影响Fig.2 Effect of Scale on Pickling Time带钢在酸槽内运行，对酸洗进行搅动，在带钢表面形成紊流。紊流能促进酸液与铁锈化学反应，提高带钢表面对流换热强度。因此带钢运行速度越快，紊流强度越大，酸洗时间越短。

提高酸液温度和浓度都可以加快化学反应 ，从而缩短酸洗时间。根据试验，当酸浓度从 2%增大至经 25%时，盐酸酸洗的速度增加约 10倍。当温度自18%升高至60C时，酸洗速度提高(9～10)倍。实际生产中为防止过酸洗和欠酸洗，通常综合调节酸液温度和紊流度来控制酸洗时间。

通过分析，由于影响酸洗的因素很多，得出精确的理论计算比较困难。对于浅槽紊流酸洗工艺，结合试验和工程实践总结出设计参数 ，用于指导工程设计，如表 1所示。

Tab.1 Pickling Time带钢厚度(mm) 酸洗时间(s)lJ52.5346l62l232735例如酸槽总长度，J为90m，如果带钢厚度为6ram，根据公式：生t式中： -带钢速度，m/s；(2)，J-酸槽总长度，m；r 酸洗总时间，S。

可计算出酸洗段带钢最高速度为 154m/min。在保证酸洗质量的前提下，如果想提高酸洗段带钢速度，必须增加酸槽长度。

4系统加热功率酸洗系统加热功率 包括：带钢加热功率，新酸加热功率，蒸发散热功率及设备散热功率。

4.1带钢加热功率带钢加热功率：QIbdvpCl(t2-t1) (3)式中：6-带钢宽度，m；钢厚度，m；- 带钢速度，m/s；p厂带 钢密度，7800kg/m ；C -带钢比热容，0.48kJ/(kg·K)；tl-带钢进酸槽前温度，K；厂 带钢最终温度，K。

根据公式(2)，只要知道带钢在各段酸槽人 口和出口温度，即可求出带钢在各段酸槽的加热功率，用于循环系统换热设计。

带钢参数，如表 2所示。另外带钢在各段酸槽的l叶j口温度可根据带钢温升式(3)求得141。

t2to ( ( )- ) (4)气 4Ac% (5)式中： 广带 钢出酸槽温度 ，K；tl-带钢进酸槽温度，K； -酸槽内酸液温度，K；- 酸槽长度，m；- 系数，K/m；旷-酸液放热系数，取值为2325W/(m ·K)；- 带钢导热率系数，W/(m·K)。

表 2带钢参数Tab.2 Parameters of Stip项 目带钢宽度 b(m)带钢厚度 d(mm)带钢速度v(m/s)带钢进酸槽温度 t。(K)带钢出酸槽温度t (K)数值1.262.529335386 机械 设 计 与制造No.7July.201 3系数口与带钢厚度及速度的关系，如图 3所示。由图3可以看出带钢速度越低，系数口越大。其原因在于带钢速度越低 ，带钢在酸槽内停留时间越长，换热更充分。系数JB随钢板厚度的增加而减校钢板厚度越大，用于内部换热的热量越多。

带钢在酸槽内温升曲线，如图4所示。由图4可以看出带钢刚进入酸槽时温升较快，最终趋缓接近酸槽内酸液温度。因此在设计中对酸槽人口部分要加大热量补偿，保持酸液温度。

赠器船带钢厚度(mm)图3带钢厚度和速度对系数 的影响Fig.3 Effect of Strip Thickness and Velocity on B酸榴长度m)图4带钢温升曲线Fig.4 Temperature Rise of Strip4.2新酸加热功率新酸从末段酸洗槽进入循环系统。因此在计算末段酸洗槽循环系统加热器功率时，要考虑新酸的加热功率。新酸加热功率：Q c ( -) (6)式中：9-新酸流量，kg/s；cf-新酸比热容，KJ/(kg·K)；f.-新酸温度，K；f厂-酸槽内酸液温度，K。

4.3蒸发散热功率目前蒸发量计算理论并不成熟，通常是根据实验数据叵l归公式。对酸洗系统来说，蒸发散热量主要来 自酸槽内液体蒸发。蒸发散热功率：-- -kS。 (7)式中：s -蒸发液体表面积，m2；- 蒸发散热系数，取值(10-15)kW/m 。

影响蒸发散热系数的因素主要是温度和风机抽风量。当酸液升高时，蒸发量变大；风机抽风量增大，蒸发量变大。

4.4设备散热功率设备散热功率可根据以下公式确定：Q4：A 芋 (8)2式中：A广设 备导热系数，W/(m·K)；s厂 设备表面积，m ；△-设备内外壁温差，单位 K；d厂设备厚度，m。

5新酸消耗酸洗系统中新酸消耗主要包括酸液与氧化铁化学反应、挥发的酸雾和带钢表面残留。酸液与带钢表面氧化铁化学反应是酸液最大消耗。其影响因素包括带钢表面积的大小，氧化铁皮的厚度及成分等。挥发的酸雾通过洗涤塔溶解到废漂洗水后排放。其影响因素主要包括 ，是否使用酸液缓蚀剂，酸液温度以及风机风量。酸液温度越高，酸耗越大；风机风量越大，酸耗越大。当使用酸液缓蚀剂时 ，有利于减少酸耗。另外为保证酸洗后带钢不残留酸液，需用漂洗水对带钢进行冲洗，使钢板残留酸液随废漂洗水排放。其产生的酸液消耗主要由带钢面积决定。带钢面积越大，酸耗越大。

通过分析可知影响酸耗的不确定因素很多，因此设计时可根据带钢的小时产量和机组的平均铁损确定酸耗。新酸耗量：肚 (9)式中：R-新酸耗量，m3/h；G-生产线带钢产量，t/h；6-单位重量铁损，%；- 废酸铁离子浓度，g/L；R-新酸铁离子浓度，舁 。

6酸雾风机设计设计合理的酸雾风机能降低生产线酸耗，节约生产成本，改善车间生产环境。其核心是酸雾量的计算。酸雾量与酸槽结构、槽内气体温度，湿度等密切相关 。

L0.839xFx、/ △J (10)式中：L-酸雾风机风量，m3/s； 设备进风缝隙总面积，m ；△P-防止盐酸外泄，密闭槽最小内负压，Pa。

酸雾风机风压可由下式计算：PFKe(PAP) (11)式中： p厂-风机的风压，Pa；K -风压附加系数，(1.1～1.15)；△P-系统的总阻力，Pa；P-密闭槽内负压，Pa。

从式(8)可以看出，风量由设备的密闭情况和风压综合决定。过高的风压，促进酸雾蒸发，增加酸耗。另外如果密闭情况不好，为保证酸槽内负压，需要增加风量。并且外部空气的进入使系统温度和液体表面空气湿度降低 ，促进液体蒸发与散热 ，不利于节能环保。 (下转第90页)机 械 设计 与 制造No.7July.201 3表 3不同水平尺寸的计算比较Tab.3 Comparison Results of DiferentHorizontal Dimension6结论(1)考虑到吊重偏载导致钩头受力不均，计算了 2000t四爪吊钩单侧钩头偏载50%，75%和 100%种工况，吊钩设计结构强度满足船级社规范要求。(2)从危险截面的应力分布来看，最大应力位与钩体外表面，说明钢丝绳挂在钩身上所产生的接触应力主要作用在外表面，且主要集中在lI～IⅡ范围，其中1I区域水平夹角为45。左右。(3)根据多组模型计算结果，从截面形状和水平形状两个方面讨论主要参数对最大应力的影响，分析结果确定截面高度对钩头应力影响最大，钩体截面半径其次，截面上下端宽度相对较校