摘要：分析了冷轧乳化液系统中电磁过滤器的工作原理和工艺,并针对实际应用中出现的问题对控制 程序做了优化,通过这些分析和优化,使得电磁过滤器在针对现场的实际应用中具备更完善的功能和更好的 效果。
关键词：电磁过滤器 程序优化 乳化液 冷轧带钢
1 引言
随着冷轧带钢生产技术的进步,冷轧工艺对乳化液 系统的要求越来越高,对乳化液的浓度、铁粉含量、PH 值、皂化值等参数的控制要求越来越精确,这就对乳化液 系统的设备提出了更高的要求。电磁过滤器就是一套控 制乳化液中铁粉含量的设备,它的主要作用就是对乳化 液中的铁粉进行过滤,从而降低乳化液中的铁粉含量,保 证在正常生产时乳化液中的铁粉含量在一个较低的水 平。近两年来建成投产的冷轧酸轧设备中,电磁过滤器 已经成了乳化液设备中的基本配置。本文针对电磁过滤 器系统的特点,对电磁过滤器的原理和性能做了分析,针 对现场使用的问题采取了一些程序优化措施。
2 电磁过滤器的原理分析
2.1 概念和原理介绍
乳化液铁粉含量是乳化液使用中的一个很重要的参 数,它对轧机的轧制性能和成品带钢有着很重要的影响。 仅仅针对乳化液中的铁粉含量来说,如果乳化液中的铁 粉含量过高,就会产生轧制打滑现象,影响带钢的轧制的 控制精度,并且较高的铁粉含量也会增加乳化液的污染程度,使得板带表面和轧辊表面的污染程度增加,影响成 品带钢的表面清洁度和反射率。但是,如果乳化液的铁 粉含量过低,又会造成轧制润滑不良,典型的现象就是产 生热划伤,由此可见乳化液铁粉含量的参数控制对轧制 冷轧带钢来说是至关重要的。一般来说,工艺上需要解 决的是铁粉含量过高的问题,因为乳化液中的铁粉主要 是随着板带轧制而产生的,并且轧制品种的变化、乳化液 稳定性变差以及液压油或润滑油混入等情况也会造成乳 化液中铁粉含量的异常增高。虽然在生产工艺上可以用 改变乳化液温度和浓度参数来降低乳化液中的铁粉含 量,但是这些参数都是和生产直接相关的,不可能通过大 幅度修改这些参数来达到改善铁粉含量的目的,而且这 些方法的效果也非常有限,所以电磁过滤器的使用就起 到了至关重要的作用。
某厂配置的电磁过滤器设计流量为450m3/h,乳化液 系统在正常工作时乳化液的循环量大约在250m3/h左 右,如果在正常轧制时没有异常的铁粉产生,这个性能的 匹配还是比较好的。电磁过滤器从工作原理上来说很简 单,就是乳化液通过一个内部具有磁性滤芯的过滤器进行过滤,并在过滤完成后对滤芯的铁粉进行冲洗干净后再进行过滤,就这样如此反复进行过滤和冲洗。电磁过 滤器的结构如图1所示,当乳化液正常在电磁过滤器中循环时,过滤器外的电磁线圈通电,产生一个较强的磁场, 使得过滤器中的滤芯具有很强的磁性能够吸附住乳化液 中的铁粉,这样,过滤器就将不断循环的乳化液中的铁粉过滤了出来。当一个循环周期结束后,电磁过滤器中的电磁线圈断电,过滤器中滤芯的强磁场就消失,对铁粉也 就失去了吸附作用,然后热水将电磁过滤器在这个周期 中过滤下来的铁粉冲到污泥槽中。电磁过滤器的基本原理就是通过这样反复的过滤和冲洗将乳化液中的铁粉过滤出来。
2.2 工艺过程分析
电磁过滤器的原理虽然简单,但要能很好的达到过 滤和冲洗效果需要一个工艺过程来完成,这个过程由PLC 系统进行逻辑控制,从而实现工艺过程中的每个动作按 要求完成并达到预期的效果。电磁过滤器一个循环过滤 周期要完成以下几个工作步骤,分别是乳化液过滤、过滤 水和脱盐水加热、空气吹扫1、脱盐水冲洗、空气吹扫2、蒸 汽冲洗、过滤水冲洗和停机。对应电磁过滤器的原理图2 并分别对每个步骤进行分析。
2.2.1 乳化液过滤
电磁过滤器启动后就进入了过滤状态,此时电磁过 滤器外的线圈通电,A阀和B阀打开,F阀和F′阀打开,由 泵将乳化液从储存槽中打入电磁过滤器,过滤后再回流 到乳化液储存槽。这个周期的过滤时间是由一个计时器 设定的,当达到计时器设定的时间后PLC中计时器的信 号接通,然后由PLC控制进入冲洗状态。过滤的时间根 据生产中铁粉产生的实际情况设定,如果经常生产变规 格和厚度变化较大的板材或者是产量放大时,则可以考 虑缩短过滤时间,以增加冲洗次数提高过滤效果。正常 情况下,电磁过滤器一般设置的都是60分钟,在生产中观 察效果也比较好。如果想缩短过滤时间增加冲洗次数的 话也要考虑到对生产介质的消耗,而且如果铁粉增加量 不是特别高的话,最好方法还是先考虑改善每次过滤和 冲洗的效果。
图 2 电磁过滤器原理图
2.2.2 过滤水和脱盐水加热
在电磁过滤器进行过滤步骤的时候,系统同时对过 滤水罐和脱盐水罐进行补水和加热。补水时E阀和E′阀 打开,当罐中的液位上升到液位计设定的液位时,加水停 止,然后G阀和G′阀打开,对罐中的水进行加热,加热温 度设定在60℃左右。当加热温度达到设定值后,蒸汽阀 门关闭,此时如果冲洗的条件全部满足的话,系统就进入 了冲洗等待状态,当计时器达到设定的时间后系统就自 动进入冲洗状态,同时也可以在操作面板上通过“强制冲 洗”按钮进行强制冲洗,而不用等待计时器到达设定时 间。这个步骤的时间主要是由蒸汽的供给量决定的,供 给量可以通过手动阀进行控制。电磁过滤器一个循环周 期设置的是60分钟,蒸汽控制为一般在30至40分钟完 成加热,满足冲洗准备条件。这个时间要比循环周期设 置的时间短至少20分钟,否则可能会造成加热延时故障 同时也不应太快,因为蒸汽量过大的话会对管道和罐体 造成较大的振动。
2.2.3 空气吹扫1
当过滤的时间达到计时器设定的时间后,系统进入 了冲洗状态。此时过滤停止,A阀和B阀关闭,J阀和M 阀打开,空气储存罐中的压缩空气进入过滤器,将过滤器 中的残留乳化液吹入乳化液储存槽。
2.2.4 脱盐水冲洗
空气吹扫1完成后开始脱盐水冲洗,此时F阀和F′ 阀关闭,N阀、C′阀和M阀打开,脱盐水在压缩空气的压 力作用下全部打入电磁过滤器,将残留的乳化液冲洗到 乳化液储存槽中,当脱盐水罐中的低液位计的低液位信 号消失后,冲洗停止。此时由于电磁过滤器外的线圈没 有失电,滤芯对铁粉依然有很强的吸附作用,所以这样冲 洗不会将已经过滤出来的铁粉冲回储存槽。空气吹扫和 脱盐水冲洗的主要作用就是回收残留的乳化液,这样做 既节约了乳化液又避免了排放油泥的污染程度。
2.2.5 空气吹扫2
当脱盐水冲洗完成后,又开始一次空气吹扫2。此时 J阀和M阀打开,空气储存罐中的压缩空气进入过滤器, 将过滤器中残留的脱盐水吹入乳化液储存槽。
2.2.6 蒸汽冲洗
空气吹扫2完成后,开始蒸汽冲洗。此时K阀和D 阀打开,电磁过滤器的电磁线圈不再通电,线圈失去磁 场,滤芯对铁粉的吸附消失,通过蒸汽冲洗和过滤水冲洗 将铁粉排除电磁过滤器。这个步骤的主要作用是对滤芯 加热,因为滤芯在一个过滤周期后会附着很多铁粉、油泥 和其他杂质,对滤芯进行充分加热可以使附着在滤芯上 面的物质软化和分解,使得在反冲洗的时候能够有更好 的效果。这个加热的时间很重要,直接关系到下一步的 反冲洗效果,这个问题将在后面的程序优化中介绍。
2.2.7 过滤水冲洗
当蒸汽冲洗完成后,系统开始进行过滤水冲洗。此 时H阀、C阀和D阀打开,过滤水在压缩空气的压力作 用下对电磁过滤器的滤芯进行冲洗。由于电磁过滤器 的电磁线圈已经失电没有磁场,所以滤芯对铁粉没有了 吸附作用,带有压力的过滤水通过反冲洗的方式将铁粉 等杂质冲到了污泥槽中,当过滤水罐中的低液位计的低 液位信号消失后,冲洗停止。如果过滤效果好的话,这 时滤芯中的铁粉应该是较少的,可以再进行下一次的过 滤。过滤水冲洗完成后,如果没有将电磁过滤器停止, 整个系统就会进入下一个循环过滤周期,如此反复进行 过滤。
3 程序优化
通过上面的原理分析可以看出,整个系统的工作就 是在逻辑控制下的对每个元件和阀门进行信号接收和 动作控制的过程,所以要想正确的进行控制并达到理想 的工作效果,整个系统的PLC控制程序就是关键。某厂 的电磁过滤器系统采用的是三菱QCPU系列的 Q02HCPU,输入模块为QX41,输出模块为QY41P,共 个输入模块和7个输出模块,其中许多输入和输出端子为 预留的,方便以后的升级和改造。该系统的源程序设计的 已经相当完善,这里所做的优化是针对现场使用的一些实 际情况做的一些改造,方便现场操作人员的使用和维护。
3.1 增加污泥槽液位计连锁报警程序
当电磁过滤器系统做完最后一个工艺步骤后,冲洗 后的污水就到了污泥槽,污泥槽根据浮球式液位计产生 的液位信号启动排污泵,将污水排到污水坑。当往污泥 槽中排水时,液位上升,低液位L、中液位M和高液位H 的浮球式液位计根据液位上升逐渐接通。根据PLC的程 序设计,L、M和H液位计分别设计了<L、>L、<M、>M 和>H五个量,分别对应低液位L关、低液位L开、中液 位M关、中液位M开和高液位H开。
3.2 调整蒸汽冲洗的时间
从前面的工艺过程分析中可以看出,蒸汽冲洗是电 磁过滤器整个冲洗过程中重要的一个步骤,它直接关系 到最后一步反冲洗铁粉的效果,要想有很好的效果,就需 要在蒸汽冲洗时保证在过滤器中有一定量的蒸汽并能保 持一段时间。蒸汽冲洗的时间是由PLC程序控制的,所 以根据现场的不同情况可以对蒸汽冲洗的时间进行 控制。
4 结语
电磁过滤器在实际生产中的效果是非常明显的,不 仅在生产中能很好的控制乳化液中的铁粉含量,同时也 对乳化液起到了一定的过滤作用。但是针对不同性质的 乳化液,电磁过滤器工作的效果也是不同的,这就需要根 据设备特点和实际生产情况对它的工艺过程进行一些优 化,有时候一些小的优化就能在很大程度上改善设备的 性能和工作稳定性。
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