循环冷却水优化处理对延长连铸结晶器使用寿命的研究应用

　　樀要：连铸结晶器是炼钢生产过程中所使用的关键设备之一，其质量及工况条件控制对稳定钢坯质量、提高钢产量、保证安全生产等具有举足轻重的作用。长期以来，对连铸结晶器的设计、工艺控制及壁内镀层的研究与创新改进持续不断，但较少关注连铸结晶器冷却介质—水的控制与优化。本文采用对循环冷却水优化处理(非软水系统)达到提高连铸结晶器使用寿命及满足安全高效的使每流结晶器铜管(150mm×150mm以上方坯)通钢量在万吨以上。

　　关键词：连铸 ,方坯,结晶器,循环冷却水

　　连铸结晶器作为炼钢生产中关键设备连铸机的核心部件一直以来倍受人们关注。连铸结晶器高效安全地连续运行是取得优质高产钢坯的保证。长期以来，连铸结晶器制造商企业的工程技术人员持续对不同类型的连铸结晶器的设计、加工工艺及壁内镀层等诸多关键因素实施了创新改进，同时，炼钢企业也层出不穷的推举预防连铸坯缺陷的措施和新技术，诸如：采用大包下渣检测技术;结晶器电磁制动技术、结晶器液面自动控制;电磁搅拌;铸坯表面缺陷检测技术等，其最终的目的在于提高连铸坯的产品质量，满足高速拉坯出钢的生产需求，极大限度地提高或延长连铸结晶器铜管的使用寿命，切实完善无缺陷连铸坯技术应用。除此之外，影响连铸坯产能质量、提高或延长连铸结晶器铜管使用寿命的关键因素之一：供给连铸结晶器铜管冷却用水的水质控制与优化处理也尤为关键。为什么大部分在用连铸结晶器铜管不能达到所设计的预定通钢量?换句话说，大多数连铸结晶器铜管在不得已更换时并不是由于其内壁镀铬层被拉坏或拉坯工艺造成，而在于给其冷却的循环水结垢引起。目前，大多数连铸结晶器设备所使用的循环冷却水均为软水系统，其水质要求很高，对成垢因子及碱度的要求较为苛刻，即便如此，尚有许多循环冷却水系统还会出现诸如管路腐蚀、铜管结垢、微生物繁衍滋生现象，严重影响了连铸坯的质量，同时，也大大降低了连铸结晶器铜管的使用寿命，远远不能满足高产低耗的现代化生产要求。本文阐述与讨论了采用普通循环冷却水作为连铸结晶器铜管的冷却介质，通过优化循环冷却水的处理技术保证连铸结晶器铜管达到较高的使用寿命，产能与消耗取得了实质性的突破。

　　1. 问题的提出

　　南方某炼钢厂投产一台70吨转炉装置，并配套一组6流连铸结晶器系统(1#系统)，其主要产品为150mm×150mm方坯，采用运河水作为补充水提供连铸结晶器作为冷却用水。该系统经过一年多的运行，逐渐出现连铸坯菱变现象频繁，连铸结晶器伴有较为严重的结垢现象，导致连铸结晶器铜管使用寿命长短不均，一般在400～500炉/每流，这不仅加大了更换连铸结晶器铜管的成本与增加了现场操作人员的劳动强度，而且抑制了拉坯速度，降低了高产低耗的生产目标，同时，也带来了出现拉漏钢事故隐患。随着公司制定了年产百万吨钢产量的目标计划，原有的水处理方案及运行效果难以满足公司制定的新要求。为此，我们与该钢铁公司一起承担此项水处理技术公关项目。公司对循环冷却水处理的目标要求为：

　　1在保持连铸结晶器使用工艺参数的条件下，连铸结晶器铜管使用寿命达800炉以上，即每流铜管的通钢量不小于万吨;

　　2不能由于连铸结晶器铜管结垢造成拉漏钢事故;

　　3循环冷却水所使用的药剂配方应采用低磷方案，满足环保需求;

　　4循环冷却水在运行过程中不得产生人为外排现象;

　　除此之外，OG系统及浊环系统另有控制指标。(另文阐述)

　　2. 循环冷却水系统参数及水质数据

　　2.1 循环冷却水系统参数

　　该转炉连铸系统净循环冷却水系统保有水量约为1600M3，循环水量为2245M3，主要供中压系统、机冷系统、结晶器系统、氧枪系统冷却用水。补充水由运河水经絮凝沉降处理后供给，循环冷却水系统有2台中压过滤器作为旁滤装置，冷却塔进出口温差△t=8℃，连铸结晶器铜管进出口温差△t≤10℃。

　　2.2 补充水水质数据

　　3. 实验及现场应用

　　3.1 水质分析

　　根据补充水水质数据。利用Langlier饱和指数和Ryzner稳定指数对水质类型进行分析。饱和PH值与总溶固、温度、钙硬、总碱度有关。可以利用经验公式计算出来。

　　从两个指标计算结果看，补充水偏于腐蚀型水，经循环浓缩后，转化为结垢型水。由于该冷却水水质属中硬度水质，水质波动范围较大，因此，在试验过程中要加以重点考虑。同时，上述两个指数对腐蚀性离子和氧腐蚀因素未考虑，试验过程中要兼顾腐蚀和结垢两方面的因素。

　　3.2 工艺分析

　　对连铸结晶器铜管而言，由于注入铜管的钢水温度均在1000℃以上，需水带走的热量巨大，导致水温较高，而且连铸结晶器铜管管壁温度较高，同时，受诸多工艺条件的影响，如：不同钢种拉速变化;水流量变化等，连铸结晶器铜管还受装配工艺精度的影响，如：水层缝隙稍有偏差，管壁四周受热差异较大，导致局部受热过大的侧壁极易成垢，很快使连铸坯产生菱形坯。

　　这些因素在设计水处理配方时都要加以研究。

　　3.3 试验结果

　　根据上述水质与工艺特点分析，以及兼顾低磷环保要求，该系统水处理配方应选择耐高温、不易分解、低磷单剂，同时，考虑到连铸结晶器铜管表面要力求保持光滑，故不易使用沉积型腐蚀抑制剂，通过一系列实验，最终设计的复合阻垢分散剂经腐蚀、阻垢试验确定，其阻垢率%>98%，腐蚀率%(mm/a)<0.02。

　　3.4 循环冷却水系统分析

　　根据现场前期对循环冷却水系统分析，发现该系统前期原水处理效果不佳，药剂选择不恰当;加之循环冷却水处理针对性不强，系统腐蚀较为严重，管道中存在大量锈瘤，具体表现为水的浊度偏高、腐蚀性产物滋生、系统不得不处于排放置换状态，而且，从水质数据上看，循环水总碱度始终小于补充水总碱度，这也反映了系统腐蚀现象没有得到有效控制。同时，大量水的排放与置换，不仅浪费了水资源，而且对水体环境造成了一定的污染。

　　3.5 处理方案

　　我们的工作思路是：建立水系平衡、稳定水质指标、减缓系统腐蚀、控制铜管结垢、最终达到延长结晶器铜管使用寿命的目标。

　　其具体实施步骤如下：

　　1. 恢复水系平衡，废弃水系置换排放的非常规程序，以节水为目标;

　　2. 加强杀菌、剥离处理，将水体中有机物粘泥尽可能除去;

　　3. 加强运行前期系统腐蚀的控制，由于无法做到清洗预膜处理，故采取在正常生产条件下，通过加大药剂投入量对系统进行预膜、补膜控制;

　　4. 当系统初步建立了水质稳定平衡后，针对结晶器铜管结垢问题，投加高性能阻垢剂;

　　5. 调整阻垢剂最佳使用浓度，维持水质稳定平衡，对阻垢、缓蚀、菌藻三位一体的全方位控制，最终达到延长结晶器铜管使用寿命的目标;

　　3.6 应用结果

　　根据我们对各类连铸结晶器系统试验及现场运行经验积累，要保证使用常规循环冷却水作为结晶器冷却用水，做到保证连铸结晶器运行处于微垢或无垢状态，达到预防连铸坯缺陷及提高或延长连铸结晶器铜管的使用寿命的目标，对我们而言也是一种技术挑战。作为要满足水处理技术对水质的要求，该系统要达到力争控制下列水质指标：

　　1原水处理要达到一定标准，对浊度、总铁要做到尽可能低;

　　2循环水质对浊度、总铁的控制分别在3mg/l，0.8mg/l以下;

　　3总硬、总碱度控制在中硬度水以下，控制系统浓缩倍数≤1.5;(视补充水质数据)

　　4系统无明显新腐蚀产物产生，菌藻控制良好;

　　经过近数月的调整处理，该系统净环主要控制水质指标趋势图如下：

　　从净循环水系统的水质控制曲线可以看出：循环水浊度、总铁大部分时期均满足系统所要求的控制指标，并较为稳定。而且，净循环水系统的水质只随补充水的水质变化，说明针对系统研制的水质稳定剂能满足对系统的浊度及腐蚀的控制。

　　4. 结果与讨论

　　4.1 阻垢分散剂浓度对系统的影响

　　经过近数月的调试运行，阻垢分散剂的药剂浓度的总磷指标控制在3mg/l左右最佳。如果药剂量偏低，系统水质明显变差，表现在浊度明显增加、形成新的腐蚀产物、钙离子检测数据明显降低，连铸结晶器铜管表面有部分结垢现象;如果药剂量偏高，菌藻滋生加快、生物黏泥明显增加，连铸结晶器铜管表面迅速吸附大量活性污垢。

　　4.2 菌藻对系统影响

　　总体上看该系统易滋生菌藻，水中常出现絮状生物黏泥，极易吸附于连铸结晶器铜管表面，迅速形成活性生物黏泥污垢，严重影响连铸结晶器铜管的换热效果。因此，选择氧化型与非氧化型杀生剂定期对系统杀菌处理显得尤为重要。为了更有效地杀菌灭藻，我们采用了复合型的杀菌剂处理效果更佳。

　　4.3 对系统极具破坏性的影响因素

　　系统在处理前期的运行过程中，曾经出现过极具破坏性的影响因素 — 生物黏泥。无论从水质数据，还是水体表观看，循环水系统水质控制非常优良，但连铸坯经常性菱变，连铸结晶器铜管频繁更换，有时2～3天(100多炉)6流连铸结晶器铜管全部被更换。从铜管表面上看通体覆盖了一层土红色污垢，经垢样分析发现，粘泥含量超过了30%，这种生物黏泥严重影响热交换，而且生成势头迅猛，由于具有活性，极易粘附于铜管管壁，它如同生长了无数只爪子，将水中微量的悬浮物牢牢吸附于身，即使高速流动的水也不能将其带走，因此，极具破坏性。经过一段时间的研究分析，得出形成这一现象的根本原因在于：早期系统的腐蚀及腐蚀产物是导致产生极具破坏性效果的最魁祸手。由于锈瘤及周边的腐蚀产物被药剂螯合下来导致形成具有活性粘度的生物黏泥，如果杀菌不及时，它便大量繁殖。鉴于生产任务的紧迫，无法停产对系统采取一次彻底清洗预膜处理，因此，只能采取滲透处理方式，配合杀菌处理，抑制并控制其发展，目前，效果明显。

　　4.4 现期运行结果

　　经过了酷热夏季的考验，水质良好，系统设备运行正常，达到了利用普通循环冷却水作为连铸结晶器铜管的冷却用水的目标，并在连铸结晶器铜管使用寿命方面取得突破性进展，获得令人瞩目的成果。

　　5. 结论

　　(1)采用普通循环冷却水经过技术优化处理作为连铸结晶器铜管的冷却用水，使每流连铸结晶器铜管的使用寿命达800炉以上(150mm×150mm方坯)，每流通钢量达到万吨以上;

　　(2)提高或延长了连铸结晶器铜管的使用寿命，大幅度降低了更换连铸结晶器铜管所带来的使用成本，仅次一项每年就节约了可观的费用，同时，也大大降低了现场操作人员的劳动强度;

　　(3)对于方坯连铸系统，只要从技术与水处理现场管理上保证循环冷却水水质指标，使用经过优化处理的普通循环冷却水作为连铸结晶器冷却用水完全能达到满足安全生产、提高结晶器铜管的使用寿命的目标。同时，节省了软水系统的投资费用与运行管理、维护、设备更新费用;

　　(4)提高或延长连铸结晶器的使用寿命，除对连铸结晶器自身技术的改进，冷却水水质的控制与优化也是关键因素之一，同时，也是一种强有力技术的保证;

　　(5)相对于前期的置换排放处理方式，现阶段达到了节水降耗的目的。为厂方节省了可观的取水、处理与排污费，随着加大节能减排的力度，该项研究对提升水资源利用，提高节水目标，具有一定积极地社会意义。

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