电炉连铸冷却用水

精品电炉连铸冷却循环水介绍电炉连铸在钢铁生产中占着越来越重要的地位。随着国家对小炼钢关、并、停的逐步实施，各大钢铁公司纷纷引进大电炉装置。据不完全统计，九五期间，我国共引进二十余套大电炉装置，主机设备来自法国克莱西姆、德马克、奥钢联等公司。与传统的小电炉炼钢相比，大电炉具有节约能源、提高生产效率、降低成本、提高产品质量等优势，对提高产品的市场竞争力起着积极的推动作用。水在电炉炼钢和连铸生产中的地位至关重要，电炉连铸工艺精密、换热温度高、系统结构复杂，对冷却水的水质要求高。早在七、八十年代，钢铁行业对生产用水实行的是粗放型管理，电炉连铸普遍采用直流冷却，或低循环倍率运行，加上当时水处理技术相对较落后，不仅造成了水资源的浪费，而且连铸结晶器、电炉底电极等高温换热设备的结垢问题十分突出，严重地影响了钢产量和钢材质量。随着企业对水质管理的日益重视和水处理技术的不断进步，电炉连铸冷却水处理也逐步走向了高浓缩倍率、高质量运行的良性循环。电炉连铸的生产工艺和冷却用水目前常用的是超大功率交流电弧炉和直流电弧炉，配以先进的多流式小方坯、大方坯、板坯、H型钢坯连铸机。电炉连铸的大致工艺为：废钢在炉内被高压电弧溶化，经氧化脱磷、吹氩调温、真空脱气和炉外精炼合格后出钢浇注，钢液在水冷结晶器通过，周边形成激冷层，变成钢包水型钢坯，在拉出结晶器时被高压水喷淋冷却，经二次冷却的钢坯完全固welcome精品化成型，再通过切断机切成所需的长度，制成成品[1]。电炉连铸生产中需要大量的冷却水，一般可分为二部份：一是间接冷却水，主要用于设备冷却（包括电炉炉壳、炉盖、烟道、底电极、氧枪、液压空调及辅助设备）和结晶器的初冷；二是直接冷却水，又称为二冷喷啉，用于经结晶器初冷的钢包水型钢坯的冷却。间接冷却水2.1结晶器冷却用水结晶器是电炉连铸生产工序中最为关键的设备，其冷却水水质的好坏直接影响到产品的质量和铸机的连续生产。结晶器冷却水具有以下特点：1）换热强度大，结晶器的铜套表面温度高达1200℃以上，传热强度达84×105KJ/m2.h，是普通换热设备的几十倍[2.3]。2）水流速高，冷却水与钢液侧的界面处水温约为100℃，为防止水的汽化，必须保持较高流速，一般达6-10m/s。3）缝隙小，通常结晶器夹套的水缝隙厚度约为4mm，一旦结垢马上会造成堵塞。4）材质复杂，易产生电偶腐蚀。结晶器是高热负荷设备，为防止结垢，通常先对补充水进行软化处理，后按连铸机的特点进行水系统的设计，国内的钢铁设计院对结晶器冷却水采用如下三种设计方案。2.1.1软水闭式循环软水闭式循环是目前最为常用的一种设计方案，连铸结晶器采用软化水（或脱盐水）闭式循环，经板式换热器冷却后回用，如图1。典型的实welcome精品例有上钢五厂三炼钢、马钢、新疆八一钢厂、杭钢大电炉等。该方案的特点是软化水用量小，水质容易处理，缺点是由于增加了板式换热器，循环水量增加，运行电耗较高。电炉设备板式换热器冷却塔软化水吸水结晶器净环水吸水井井图1.电炉连铸的软水闭式循环系统流程图2.1.2软水开式循环连铸结晶器和设备冷却合并成一套大的净循环系统，用软化水补充，开式循环，如图2。北钢院对江阴兴澄钢铁公司的设计即采用此方案。该方案的特点是冷却水系统集中，现场管理方便，循环量小，缺点是软化水用量大，水质处理难度较大。welcome精品电炉设结备冷却塔晶器吸水井图2.电炉连铸的软水开式循环系统流程图2.1.3半软化水开式循环本方案将连铸结晶器和设备冷却水分成二个独立的净循环系统，补充半软化水，开式循环，如图3，结晶器的水质硬度一般控制在40dh以下。淮阴钢铁公司、江苏沙钢集团、苏钢厂等采用此方案。本方案的特点是循环量小，运行电耗低，缺点是系统分散，现场管理较为困难，另外由于水中残留了部分硬度，结垢趋势增强，水质处理难度增大。welcome精品电结炉设晶备器半软化水吸净环水吸水井水井图3.电炉连铸的半软化水开式循环系统流程图2.2设备冷却水设备冷却水系统较为简单，其主要换热设备(如电炉炉壳、炉盖、烟道)的换热温度为400-500℃，空调及液压等设备的换热温度则更低。通常将此设计成敞开式净循环水系统，用半软化水或工业新水补充。电炉的底电极对冷却水的电导率要求高，（<400μs/cm），故一般用软化水（或除盐水）直接冷却。直接冷却水（二冷喷淋）二冷喷淋为浊循环水，二冷传热是整个连铸工艺过程中的主要环节，占钢坯全部凝固传热的60%。水在钢坯冷却过程中被油污和钢坯表面的铁氧化物所污染，水中的悬浮物和油含量较高，水经回收、沉淀、高速过滤后冷却回用，如图4。二冷喷淋一般采用工业新水或净循环系统的排污水，经蒸发浓缩后pH值升高，结垢性离子增加，水中的高悬浮物和油污welcome精品易在高温处沉积，造成喷嘴堵塞，水中的铁屑也易对喷嘴造成磨损。另外回水中高含量的铁离子和油有利于铁细菌、硫酸盐还原菌等厌养菌的繁殖，长期运行会有水质发黑、发臭等现象。高速过滤二次沉淀池铁皮冷却塔坑浊环水吸水井二次喷淋冷却图4.电炉连铸的二冷喷淋系统流程图表:各系统常用的水质设计值结晶器半软化设备冷二冷喷项目软水闭软水开水开却水淋式式式PH值7-97-97-97-97-9welcome精品碳酸盐硬度<20<20<80<<mg/L(CaCO3)150300悬浮物氯离子mg/Lmg/L<20<20<20<20<60<<<<<300300300300400总铁mg/L<3.0<3.0<3.0<3.0<6.0油含量mg/L<0.5<0.5<0.5<0.5<10电炉连铸的水处理方案4.1结晶器冷却水系统结晶器系统主要的水质障碍为结垢和腐蚀，结垢因素主要来自于以下三个方面：水中的硬度（CaCO3垢）、水处理药剂的沉积（有机磷酸钙、锌垢）和腐蚀产物的沉积（Fe2O3）。由于普遍采用了软化水和半软化水质，使前二者得到一定的控制。但软化水中的二价金属离子含量低，pH值低，腐蚀性高于工业水，且系统的辅助设施和输水管线都是碳钢，如缓蚀达不到要求，Fe203的沉积会成为主要的结垢因素。另外微生物繁殖所引起的生物粘泥会在高温和低流速区沉积，阻碍传热，加速垢下腐蚀。应用于连铸结晶器的水处理药剂品种繁多，常用的缓蚀阻垢剂有钼酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、有机磷酸盐、锌盐、有机胺、BTA、丙烯酸共聚物等，杀菌灭藻剂有优氯净、活性溴、异噻唑啉酮、季胺盐等。在选择水welcome精品处理方案时要遵循适用性、配伍性、经济性的原则。钼酸盐具有耐温性强、缓蚀效果好、持效时间长等特点，适用于闭式水系统处理，但由于其使用浓度较高，价格较贵，一般很少单独使用，如与亚硝酸盐、BTA、聚合物等复合使用则能提高缓蚀阻垢效果、降低处理费用。亚硝酸盐虽有一定毒性，但应用于闭路水系统不会造成太大的环境污染。磷酸盐、有机磷酸盐一般与锌盐、BTA、聚合物复合使用，但由于磷酸盐在高温和长时间停留条件下容易水解，不适于在密闭系统使用，用于敞开式系统处理时，要严格控制水中Ca2+的浓度，防止磷酸钙、有机磷酸钙的生成。在半软化水补充的系统中，对磷、锌的浓度要严格控制，江苏某钢铁厂就曾发生过水中药剂浓度过高而引起磷、锌结垢现象。杀菌剂的选择对处理效果也起着很关键的作用，针对不同的水质条件选择相应的杀生剂品种，闭式循环水系统因其停留时间长、积累性强，不宜采用含氯的杀生剂，通常选用持效时间长、不起泡的非氧化性杀生剂、如异噻唑啉酮、有机醛类。使用亚硝酸盐作缓蚀处理时，需选择对硝化菌、亚硝化菌有效的杀菌剂。敞开式系统则可采用氧化性与非氧化性相结合的杀菌方式，常用的杀菌方案有氯+季胺盐，溴+季胺盐。4.2设备冷却水系统设备冷却水是常用的敞开式循环冷却水，水质障碍主要有结垢、腐蚀和微生物的繁殖。常用的阻垢缓蚀配方为：有机膦酸+聚合物+锌盐+铜缓蚀剂，该配方具有处理效果好、操作性强、经济等特点。杀菌灭藻处理则可采用以上的氧化性与非氧化性杀生剂相结合的方式。welcome精品4.3二冷喷淋水系统二冷喷淋的水质处理不好易造成喷嘴的结垢堵塞和磨损、管网、轧辊的腐蚀。以及微生物的繁殖。对二冷喷淋水的处理一般分为二步。第一步是除油絮凝处理，保证出水悬浮物和油含量达到控制要求。絮凝剂一般采用阴离子聚丙烯酰胺，分子量最好在800万以上，使用浓度为0.5-2.0mg/L。在回水油含量超出10mg/L时，需进行除油处理，可在沉淀池入口处投加除油絮凝剂，或用专用的一体化除油设备进行除油处理，国内也有采用SGO（生物酶）进行除油的报导。在保证出水悬浮物、油含量达到要求后，进行第二步的阻垢缓蚀和杀菌处理。浊环水的水质要求低于净环水，且水中的高悬浮物易吸附药剂，一般加入几个mg/L的有机磷和丙烯酸共聚物，膦羧酸的抗吸附性强，适用于该系统的阻垢缓蚀处理。浊环水的贮水量大，从经济角度考虑，杀菌灭藻处理单独采用氧化性杀生剂，如优氯净、活性溴等，投加频率也要低于净环水系统。其它在电炉连铸冷却水的处理过程中，尚需注意以下问题。）制定合理的水质控制指标。对水中的硬度、总铁等指标要严格考核，通过旁路挂片和监测换热器等手段监测水质的腐蚀、结垢趋向。）短期停车的保护处理。炼钢生产的周期性短，在停车前要提高缓蚀剂浓度，减缓存水对管线的腐蚀。重新开车时总铁含量高，水体变黄，需先进行置换。welcome精品）加强对结晶器的运行监测，关注结晶器各路的走水、温升情况，防止局部流速过低而引起结垢。）进行定期的化学清洗。电炉连铸冷却水的腐蚀速率普遍偏高，长期运行易形成坑蚀和腐蚀产物的堆积，定期的化学清洗能清除污垢，改善系统运行状况，保证装置的安全、经济、高效率运行。welcome