CN102607647B - 一种酸洗模拟实验设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种酸洗模拟实验设备及其使用方法，该设备包括酸洗槽、酸液加热设备、实验台、试样夹具、位置控制液压缸、张力控制液压缸、位置传感器、热电偶和油压传感器；还包括计算机、信号放大器和数据采集卡；本发明酸洗实验设备能够真实的反应现场酸洗过程，模拟各种工艺要求包括温度、张力、试样运动速度、酸液成分、浓度，模拟精度高；酸液加热温度、试样浸入酸液位置。试样张力均可以精确控制，能同时模拟多个酸洗工艺下的酸洗过程；酸洗模拟实验设备带有视频采集设备和电化学设备可以跟踪酸洗模拟实验全过程并对实验结果进行评价；酸洗模拟实验设备全程计算机自动控制实验操作方便，数据采集功能强，控制精度高，为最终获取最优的酸洗工艺提供依据。

Description

一种酸洗模拟实验设备及其使用方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种酸洗模拟实验设备及其使用方法。

背景技术

“十一五”规划发展纲要明确提出“将单位国内生产总值能源消耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%的目标值”的约束性指标，对废酸排放的惩治力度空前加大，对钢铁材料后续加工的能耗要求进一步提高。面对国家宏观政策的调整，促使生产企业迫切需要提高酸洗技术，通过合理的酸洗工艺，提高酸洗速度、降低耗酸量。

目前关于酸洗的报道多集中于酸洗设备的开发，如公开(公告) 号 CN1410177《一种连续酸洗和冷轧设备及其操作方法》，针对高性能钢板的不断要求发明出用来改进普通连续酸洗和冷轧系统的新配置及其操作方法。所发明的连续酸洗和冷轧设备包括开卷设备、连接设备、积累活套挑、清洗段、酸洗段、冷轧机、剪切设备以及卷取设备。如公开(公告)号：CN101250707《钢板酸洗生产线》，公开了一种钢板酸洗生产线，依次沿直线设置的酸洗槽、第一高压吹风槽、清洗槽、中和清洗槽、第二高压吹风槽、烘干槽和涂油槽；滚轮输送装置水平设置在沿直线设置的上述洗槽内；所述洗槽的各槽体位于滚轮输送装置处彼此连通；所述洗槽的起始端和终端外分别设有真空吸盘机械手装置；在酸洗槽、清洗槽、中和清洗槽内设有用于喷射酸洗液、清洗水、中和液的喷射装置；所述第一高压吹风槽、第二高压吹风槽、烘干槽内分别设有高压吹风装置；所述涂油槽内设有涂油装置。上述报道主要针对的是酸洗设备的开发，而对酸洗工艺的开发和评价没有太多介绍。考虑到现阶段，各生产企业均配有完备的酸洗设备且设备能力较好，酸洗工艺的优化和评价则是提高酸洗速度，降低耗酸量的关键。如果采用现场设备进行工艺的摸索，势必会提高实验成本而且会干扰正常生产，同时在现场设备上很难对酸洗效果进行跟踪和评价。

发明内容

本发明旨在提供一种酸洗模拟实验设备和使用方法，根据现场工艺条件，充分考虑影响酸洗的诸多因素，进行酸洗模拟实验，配备的视频跟踪设备和电化学设备对不同酸洗工艺酸洗过程中的酸洗效果进行记录和评价，为最终获取最优的酸洗工艺提供依据。

本发明的酸洗模拟实验设备，包括酸洗槽、酸液加热设备、实验台、试样夹具、位置控制液压缸、张力控制液压缸、位置传感器、热电偶和油压传感器。

试样固定在试样夹具，试样夹具一端固定在下横梁上，另一端与张力控制液压缸连接，张力控制液压缸固定在下横梁上；位置控制液压缸固定在上横梁上；上横梁通过支柱与实验台固定连接；支腿安装在实验台的底部，支撑实验台，同时具有调节实验台水平的功能。

下横梁通过位置控制液压缸与上横梁连接，位置液压缸上装有与其相配的位置传感器，通过控制位置控制液压缸可实现下横梁上下运动，可以对运动位置进行实时采集，运动形式、频率及位置均可以控制。其中运动形式包括方波形式、阶跃形式以及正弦波形式，上下运动幅值和均值可以根据酸槽中酸液高度设定。

用试样夹具将试样固定后，通过控制张力控制液压缸，可实现试样的张力控制，包括张力控制形式、频率和张力大小。其中张力设定形式包括方波形式、阶跃形式以及正弦波形式，张力控制液压缸安装在下横梁上，前后缸杆与试样夹具相连，张力控制液压缸上装有油压传感器，可以对实验过程中的张力值进行实时采集。

酸液加热设备包括加热体、功率控制器和温度控制器，温度控制器与加热体相连，通过设定温度来调节加热体温度，实现保温功能；功率控制器输入端与信号放大器输出端相连，功率控制器输出端与加热体相连，功能调整加热体的电流和电压。

酸液加热设备安装在酸洗槽下方，酸洗槽中安装有热电偶，可以实时检测酸液温度，并根据酸洗设定温度通过控制功率控制器来控制加热体的功率，进而通过温度控制器实现酸洗槽内酸洗的加热和保温功能。

酸洗槽采用玻璃钢或耐酸不锈钢材料制作，酸洗槽侧面设计安装钢化玻璃，外面安装有视频设备，透过玻璃可以对整个模拟酸洗过程进行视频记录，同时根据酸洗模拟实验设备自带的电化学设备可以对酸洗过程的酸洗终点进行检测。

位置控制液压缸和张力控制液压缸的压力辅助设备为液压系统，位置控制液压缸和张力控制液压缸的管路中均设有伺服阀。

酸洗结束后将试样迅速移至水洗槽内进行清洗。

加热酸液产生的酸气通过安装在酸洗槽上盖的排气扇和排气管通到酸气中和箱内吸收，防止环境污染。

本发明的酸洗模拟实验设备还包括计算机、信号放大器和数据采集卡；

数据采集卡直接插在计算机内的任一PCI插槽中，实现实验室、产品质量检测中心等领域的数据采集、波形分析和处理。

上述位置传感器的输出端、油压传感器的输出端、热电偶的输出端均接至信号放大器，进行信号调理，信号放大器与数据采集卡相连，信号放大器调理后的信号送至数据采集卡进行A/D转换，然后送至计算机，由计算机执行控制软件程序，再经数据采集的D/A转换后输出，经信号放大器转换后，得到张力控制液压缸控制信号、位置控制液压缸控制信号和功率控制器的控制信号；功率控制器输入端、位置控制液压缸管路中的伺服阀和张力控制液压缸管路中的伺服阀均与信号放大器输出端相连，信号放大器与数据采集卡相连，

所述计算机通过数据采集卡采集位移传感器的信号、油压传感器的信号和测量酸液温度的热电偶的信号，通过常规计算机软件程序实现人机界面，计算机按照一定的控制算法计算控制量，并将控制量送至数据采集卡的D/A输出，经信号放大器转换后得到三路输出信号：一路信号输出给位置控制液压缸管路中的伺服阀控制试样运动到一定位置返回的信号；一路信号输出指令给张力控制液压缸液压管路中的伺服阀来调整张力控制液压缸的工作压力，进而调整施加在试样上的张力；一路信号输出给功率控制器，调整加热体的电流和电压，控制输出功率进而控制温度；计算机通过信号放大器和数据采集卡对整个系统进行监控，并且完成必要的安全保护功能。 

本发明所述的实现对酸洗模拟实验设备的控制应包括如下基本功能：

1）操作人员对试验参数预设定的功能；

2）数据采集及数字滤波功能；

3）根据操作人员预先设定的试验参数，生成加载数据；

4）闭环控制功能；

5）试验波形的实时显示功能；

6）运行过程中的安全保护与报警；

7）数据的存储、分析和打印等功能。

本发明方法包括以下步骤：

第一步，将试样放置于夹具上，在人机界面上设定张力大小建立张力；

第二步，在酸洗槽内配置好酸液浓度，通过温度控制器设定酸液温度并进行加热，到达设定温度后进行保温；

第三步，在人机界面上设定酸洗时间，试样的张力控制方式和大小，试样浸入酸液的位置控制方式和大小；

第四步，开始酸洗实验，并采用视频采集装置记录下实验整个过程，通过实验台自带的电化学设备获取酸洗终点，到达酸洗时间后，提升位置控制液压缸结束酸洗，进行试验表面清理。

本发明的突出特点和显著的效果主要体现在：

1）本发明酸洗实验设备能够真实的反应现场酸洗过程，模拟各种工艺要求包括温度、张力、试样运动速度、酸液成分、浓度，模拟精度高；

2）酸液加热温度、试样浸入酸液位置。试样张力均可以精确控制，能够同时模拟多个酸洗工艺下的酸洗过程；

3）酸洗模拟实验设备带有视频采集设备和电化学设备可以跟踪酸洗模拟实验全过程并对实验结果进行评价；

4）酸洗模拟实验设备全程计算机自动控制实验操作方便，数据采集功能强，控制精度高，为最终获取最优的酸洗工艺提供依据。

附图说明

图1 是本发明实施例酸洗模拟实验设备主视图；

图2 是本发明实施例酸洗模拟实验设备左视图；

图3 是本发明实施例酸洗模拟实验设备A部分局部放大图；

其中，1-酸洗槽，2-加热体，3-功率控制器，4-温度控制器，5-实验台，6-试样夹具，7-位置控制液压缸，8-张力控制液压缸，9-位置传感器，10-热电偶，11-油压传感器，12-试样，13-下横梁，14-上横梁，15-支柱，16-支腿，17-视频设备，18-电化学设备，19-水洗槽，20-排气扇，21-排气管；

图4 是本发明实施例模拟实验设备数据采集与控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明具体实施做详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的酸洗模拟实验设备，包括酸洗槽1、酸液加热设备、实验台5、试样夹具6、位置控制液压缸7、张力控制液压缸8、位置传感器9、热电偶10和油压传感器11。试样12固定在试样夹具6上，试样夹具6一端固定在下横梁13上，另一端与张力控制液压缸8连接，张力控制液压缸8固定在下横梁13上；位置控制液压缸7固定在上横梁14上；上横梁14通过支柱15与实验台5固定连接；支腿16安装在实验台5的底部，支撑实验台，同时具有调节实验台水平的功能。

下横梁13通过位置控制液压缸7与上横梁14连接，位置控制液压缸7（Φ50/Φ28-150 mm ）上装有与其相配的位置传感器9（型号MDA-G-05-A-2-24-2-200mm），可以对振动位置进行实时采集，通过控制位置控制液压缸7可实现下横梁13上下运动，运动形式、频率及位置均可以控制。其中运动形式包括方波形式、阶跃形式以及正弦波形式，频率设定为0-20HZ，上下振动幅值和均值可以根据酸洗槽中酸液高度设定。

试样12宽度范围是20-100mm，长度为50-200mm，用试样夹具6将其固定后，通过控制张力控制液压缸8，可实现对试样12的张力控制，包括张力控制形式、频率和张力大小。其中张力设定形式包括方波形式、阶跃形式以及正弦波形式，频率设定为0-20HZ, 波形设定幅值和均值在0-10000N。张力控制液压缸8安装在下横梁13上，其缸径为50-150mm，前后缸杆与试样夹具6相连，张力控制液压缸8上装有油压传感器11（森纳士型号为8251.74.2517.01.19，0-250bar，4-20mA），可以对实验过程中的张力值进行实时采集。

酸液加热设备包括加热体2、功率控制器3和温度控制器4，加热体2功率为5Kw，功率控制器3规格为KTAI-17KVA/3*380V，酸洗槽1中安装有K型热电偶10，测量范围0-400度，可以实时检测酸液温度，酸液最高加热温度为100℃，温度控制器采用岛电SR3X系列数字调节器，并根据酸洗设定温度通过控制功率控制器3来控制加热体2的功率，进而可实现酸洗槽1内酸洗的加热和保温功能。

酸洗槽1采用玻璃钢结构，规格200×400×300-500mm。酸洗槽1侧面安装有视频设备17（高清晰摄像机），可以对整个模拟酸洗过程进行视频记录，同时酸洗模拟实验设备配备型号CS300的电化学设备，通过自带的电化学设备18可以对酸洗过程的酸洗终点进行检测。

位置控制液压缸7和张力控制液压缸8的压力辅助设备为液压系统，位置控制液压缸和张力控制液压缸的管路中均设有伺服阀。

酸洗结束后将试样迅速移至水洗槽19内进行清洗。

加热酸液产生的酸气通过安装在酸洗槽1上盖的排气扇20和排气管21通道酸气中和箱22内吸收，防止环境污染。

本发明的酸洗模拟实验设备还包括计算机、信号放大器WS1521和数据采集卡；

本实施例的计算机选择联想家悦 iR608（i3 550），数据采集卡选用的北京阿尔泰公司的PCI2013卡，它是一种基于PCI总线的数据采集卡，可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。

上述位置传感器的输出端、油压传感器的输出端、热电偶的输出端均接至信号放大器输入端口，信号调理后，送至数据采集卡进行A/D转换，然后送至计算机，由计算机执行控制软件程序，再经数据采集的D/A转换后输出，经信号放大器转换后，得到张力控制液压缸控制信号、位置控制液压缸控制信号和功率控制器的控制信号； 

所述计算机通过数据采集卡采集位移传感器的信号、油压传感器的信号和测量酸液温度的热电偶的信号，通过常规计算机软件程序实现人机界面，计算机按照一定的控制算法计算控制量，并将控制量送至数据采集卡的D/A输出，经信号放大器转换后得到三路输出信号：一路信号控制试样运动到一定位置返回；一路信号输出指令给张力控制液压缸液压管路中的伺服阀来调整张力控制液压缸的工作压力，进而调整施加在试样上的张力；一路信号输出给功率控制器，调整加热体的电流和电压，控制输出功率来控制温度；计算机通过信号放大器和数据采集卡对整个系统进行监控，并且完成必要的安全保护功能。

HMI人机界面选用的是LabWindows/CVI作为软件开发平台，他是一种专业图形化编程软件，采用图形化编程方式，结构流程清楚。

实施例1：

实验钢种：SPHC  厚度2.0mm

使用本发明酸洗模拟实验设备对该钢种进行实验的具体步骤如下：

第一步，将试样固定在夹具上加紧，在人机界面上设定张力大小为1000N,通过张力控制液压缸建立张力；

第二步，在酸洗槽内配置好盐酸，酸液浓度为215g/L,酸液温度设定80℃，通过温度控制器设定酸液温度并进行加热，到达设定温度后自动进行保温；

第三步，在人机界面上设定酸洗时间，试样的张力控制方式，试样浸入酸液的位置控制方式和大小；其中，酸洗时间30s；张力控制方式为正弦波方式，均值为3000N，幅值为1000N；位置控制方式为正弦波形式，均值为300mm，幅值为50mm；

第四步，开始酸洗实验，并采用视频设备记录下实验整个过程，通过电化学设备获取酸洗终点，到达酸洗时间(30s)后，提升位置控制液压缸，试样升至酸洗槽上结束酸洗，进行试样水中清洗。

实施例2：

实验钢种：510L  厚度4mm

使用本发明酸洗模拟实验设备对该钢种进行实验的具体步骤如下：

第一步：将试样固定在夹具上加紧，在人机界面上设定张力大小为2000N，通过张力控制液压缸建立张力；

第二步：在酸洗槽内配置好盐酸，酸液浓度为260g/L，酸液温度设定85℃，通过温度控制器设定酸液温度并进行加热，到达设定温度后自动进行保温；

第三步：在人机界面上设定酸洗时间，试样的张力控制方式，试样浸入酸液的位置控制方式和大小；其中，酸洗时间为45s，张力控制方式为正弦波控制方式，均值为4000N，幅值为1000N，位置控制方式为正弦波形式，均值为300mm，幅值为50mm；

第四步：开始酸洗实验，并采用视频设备记录下实验整个过程，通过电化学设备获取酸洗终点，到达酸洗时间(45s)后，提升位置控制液压缸，试样升至酸洗槽上结束酸洗，进行试样水中清洗。

实施例3：

实验钢种：不锈钢304  厚度2.5mm

使用本发明酸洗模拟实验设备对该钢种进行实验的具体步骤如下：

第一步：将试样固定在夹具上加紧，在人机界面上设定张力大小为1000N，通过张力控制液压缸建立张力；

第二步：在酸洗槽内配置好混合酸液，酸液浓度为47%盐酸+5%硝酸+48%氢氟酸，酸液温度设定60℃，通过温度控制器设定酸液温度并进行加热，到达设定温度后自动进行保温；

第三步：在人机界面设定酸洗时间，试样的张力控制方式，试样浸入酸液的位置控制方式和大小；其中，酸洗时间为20分钟，张力控制方式为正弦波方式，均值为4000N，幅值为2000N；位置控制方式为正弦波形式，均值为300mm，幅值为50mm；

第四步：开始酸洗实验，并采用视频设备记录下实验整个过程，通过电化学设备获取酸洗终点，到达酸洗时间(20分钟）后,提升位置控制液压缸，试样升至酸洗槽上结束酸洗，进行水中清洗。

Claims (2)

1.一种酸洗模拟实验设备，其特征在于：包括酸洗槽、酸液加热设备、实验台、试样夹具、位置控制液压缸、张力控制液压缸、位置传感器、热电偶和油压传感器；

试样固定在试样夹具，试样夹具一端固定在下横梁上，另一端与张力控制液压缸连接，张力控制液压缸固定在下横梁上；上横梁通过支柱与实验台固定连接；支腿安装在实验台的底部；

下横梁通过位置控制液压缸与上横梁连接，位置控制液压缸固定在上横梁上，位置控制液压缸上装有与其相配的位置传感器；

张力控制液压缸的前后缸杆与试样夹具相连，张力控制液压缸上装有油压传感器；

酸液加热设备包括加热体、功率控制器和温度控制器；温度控制器与加热体相连，功率控制器输出端与加热体相连；

酸洗槽采用玻璃钢耐酸不锈钢材料，酸洗槽侧面安装有视频设备，酸洗槽中安装有热电偶；

位置控制液压缸和张力控制液压缸的压力辅助设备为液压系统，位置控制液压缸和张力控制液压缸的管路中均设有伺服阀；

该酸洗模拟实验设备还包括计算机、信号放大器和数据采集卡；

数据采集卡直接插在计算机内的任一PCI插槽中；位置传感器的输出端、油压传感器的输出端、热电偶的输出端均接至信号放大器，功率控制器输入端、位置控制液压缸管路中的伺服阀和张力控制液压缸管路中的伺服阀均与信号放大器输出端相连，信号放大器与数据采集卡相连。

2.根据权利要求1所述的酸洗模拟实验设备的酸洗模拟实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，将试样放置于夹具上，在人机界面上设定张力大小建立张力；

第二步，在酸洗槽内配置好酸液浓度，通过温度控制器设定酸液温度并进行加热，到达设定温度后进行保温；

第三步，在人机界面上设定酸洗时间，试样的张力控制方式和大小，试样浸入酸液的位置控制方式和大小；

第四步，开始酸洗实验，并采用视频采集装置记录下实验整个过程，通过实验台自带的电化学设备获取酸洗终点，到达酸洗时间后，提升位置控制液压缸结束酸洗，进行试样表面清理。

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