一种酸洗模拟实验设备及其使用方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102607647 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 0 7 6 4 7 A *CN102607647A* (21)申请号 201210069683.7 (22)申请日 2012.03.16 G01D 21/02(2006.01) (71)申请人东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人刘振宇 曹光明 李成刚 王贵桥 孙彬 (74)专利代理机构沈阳东大专利代理有限公司 21109 代理人梁焱 (54) 发明名称 一种酸洗模拟实验设备及其使用方法 (57) 摘要 一种酸洗模拟实验设备及其使用方。

2、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。 (。

3、51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页 1/1页 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。

4、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。

5、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.权利要求1所述的酸洗模拟实验设备的使用方法，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，进行试验表。

6、面 清理。 权 利 要 求 书CN 102607647 A 1/6页 3 一种酸洗模拟实验设备及其使用方法 技术领域 0001 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 0002 “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。 0003 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 CN14。

7、10177 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。

8、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 0004 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。

9、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。 0005 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。 0006 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。 0007 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。

10、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， 说 明 书CN 102607647 A 2/6页 4 上下运动幅值和均值可以根据酸槽中酸液高度设定。 0008 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。 0009 酸液加热设备包括加热体、功率控制器和温。

11、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。 0010 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。 0011 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。 。

12、0012 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。 0013 酸洗结束后将试样迅速移至水洗槽内进行清洗。 0014 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。 0015 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。 0016 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。

13、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：。

14、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。 0017 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； 说 明 书CN 102607647 A 3/6页 5 3）根据操作人员预先设定的试验参数，生成加载数据； 4。

15、）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。 0018 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。 0019 本发明。

16、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 0020 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。

17、 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 0021 下面结合附图和实施例对本发明具体实施做详细说明。 0022 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。

18、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 说 明 书CN 102607647 A 4/6页 6 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。 0023 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（50/ 28-150 mm ）上装有与其相配的位置传感器9（型号MDA-G-05-A-2。

19、-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。 0024 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。

20、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。 0025 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。

21、洗的加热和保温功能。 0026 酸洗槽1采用玻璃钢结构，规格200400300-500mm。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。 0027 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。 0028 酸洗结束后将试样迅速移至水洗槽19内进行清洗。 0029 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。 00。

22、30 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。 0031 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。

23、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 说 明 书CN 102607647 A 5/6页 7 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。

24、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。 0032 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。 0033 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。

25、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。 0034 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，。

26、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。 0。

27、035 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 说 明 书CN 102607647 A 6/6页 8 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4000。

28、N，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。 说 明 书CN 102607647 A 1/4页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102607647 A 2/4页 10 图2 说 明 书 附 图CN 102607647 A 10 3/4页 11 图3 说 明 书 附 图CN 102607647 A 11 4/4页 12 图4 说 明 书 附 图CN 102607647 A 12 。