改造連鑄霧化噴淋工藝 解決噴嘴堵塞技術難題

白 麗，邵 巖，魏革勝

中冶京誠（營口）技術裝備有限公司煉鋼廠連鑄機自2008年6月投產以來，二冷霧化噴嘴堵塞頻繁，不但增加了工人疏通和更換噴嘴的勞動強度，更嚴重的是制約了生產，影響產品質量。

1 現場跟蹤及堵塞現象

（1）通過2個月126澆次連鑄生產跟蹤，每個澆次噴嘴堵塞最少37個，最多80個，堵塞率為11.5%～25%（見表1）。

（2）噴嘴堵塞的現象主要歸納為三類：①鈣化堵塞，噴嘴出口為乳黃色，噴嘴被鈣化物封住而堵塞，主要表現在足輥處，約占總堵塞的3%；②懸浮物堵塞，噴嘴出口無鈣化殘跡，噴嘴內部為懸浮物堆積，無顆粒物，這類堵塞約占95%；③雜物堵塞，噴嘴出口表面無鈣化殘跡，噴嘴內部有石棉板碎片、焊渣和顆粒狀物，這類堵塞現象約占2%。

表1 2011年二冷霧化噴嘴堵塞檢查記錄典型統計

2 噴嘴堵塞原因分析及治理

2.1 二冷霧化回水處理工藝和水質指標分析

（1）二冷霧化噴淋水質的監測與分析 對于二冷霧化噴淋噴嘴堵塞的問題，首先要考慮水質是否符合二冷水質的使用要求，通過對二冷霧化水質的監測，二冷霧化水質完全符合用水指標（見表2）。由此排除二冷霧化水質造成噴咀堵塞的原因。

表2 二冷霧化水與設計指標對比表

（2）水處理工藝的調研 鑒于水質指標符合設計要求，所以不得不追溯是否在水處理過程投加了有利于堵塞噴嘴的藥劑或因藥劑使用過量等而造成噴嘴堵塞。對于二冷噴霧回水的處理，我們從投加藥劑種類、投加量、投加藥劑濃度、投加藥劑的先后順序、藥劑的攪拌時間和投加藥劑的操作等方面進行跟蹤調研。在二冷霧化回水處理過程中一共投加了4種藥劑，其中化學除油器內投加2種：一種是電介質類凝聚劑，聚合氯化鋁；一種是絮凝劑，類聚丙烯酰胺。①配制藥劑跟蹤。配制藥劑時，兩種藥劑分別配制。聚合氯化鋁藥劑的配制：在容積為2.7 m3的溶解箱內灌注約一半的生產新水，開動攪拌機進行攪拌，然后將75 kg聚合氯化鋁緩慢倒入溶解攪拌桶，通過攪拌使之充分混合溶解，再逐漸加水，邊加水邊攪拌，加水至溶解箱上口約50 mm處，配制成濃度為2.8%的聚合氯化鋁藥液，完全溶解后放入5.0 m3的儲液箱內備用。聚丙烯酰胺藥液的配制：在容積為2.7 m3的溶解箱內灌注約1/3的生產新水，開動攪拌機進行攪拌，將2.7 kg聚丙烯酰胺原藥緩慢、均勻、分散地倒入溶解箱內，同時逐漸加水至溶解箱上口50 mm處，繼續攪拌2 h，配制成濃度為1%的聚丙烯酰胺藥液，放入儲液箱內備用。②藥劑投加量的跟蹤。二冷霧化回水量為850 m3/h，加聚合氯化鋁計量泵的刻度為300 l/h；加聚丙烯酰胺計量泵的刻度為430 l/h。通過計算二冷霧化回水處理藥劑，聚合氯化鋁投加量為0.5 mg/l，聚丙烯酰胺投加量為10 mg/h，這兩種藥劑投加量符合濁環水處理標準。③藥劑投加的方式跟蹤。我們知道以上兩種藥劑必須要配合使用而且順序不能顛倒，也不能混合在一起使用，必須先投加聚合氯化鋁，然后投加聚丙烯酰胺。實際投藥操作是在進水口的管道混合器內投加聚合氯化鋁，然后在化學除油器混合室內投加聚丙烯酰胺，先后順序與水處理規范投加順序一致。④另外是將緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑投加在儲水池內，投加方法和劑量均按正常的操作進行。

通過對霧化回水處理的工藝跟蹤和分析，在回水處理工藝和實際操作運行中，均嚴格按照技術要求和規范進行，這樣就排除了因霧化水處理工藝造成噴嘴堵塞。

2.2 堵塞現象分析

排除水處理工藝和水質指標造成噴嘴堵塞的原因后，下面我們對堵塞現象進行仔細分析，找出噴嘴堵塞的真正原因。

（1）鈣化堵塞的原因是因為噴水量小，噴嘴處于1段位，因鋼坯從結晶器出來時溫度高，使噴嘴噴出的水急劇汽化造成鈣化而堵塞噴嘴。造成水量小的原因一方面是操作控制原因；另一方面是水中的懸浮物瞬間堆積而成。對操作控制只要加強運行管理就可以解決，主要還是要解決因懸浮物堆積而造成的鈣化堵塞。

（2）雜物堵塞的原因一是在更換閥門或更換管道、管件時從使用的石棉板墊片掉落的碎片和焊渣等雜物在管道沖洗時未沖凈，投入運行后進入到噴嘴而造成堵塞。這類堵塞通過更換橡膠法蘭墊片或者運行前進行徹底沖洗管道可以解決。二是霧化空氣過濾器后使用碳鋼管道，從霧化空氣管道支管和總管剖開取樣觀察發現管壁腐蝕結垢嚴重，在運

行中隨著管道的壓力波動，結垢層脫落并隨霧化空氣進入噴嘴而導致堵塞。由于營口地區偏海洋氣候，空氣濕度較大，這種空氣進入管道會造成管道腐蝕結垢，所以在營口地區霧化空氣工藝管道選擇碳鋼材質不合理，在濕度大的地區霧化空氣管道應選擇不銹鋼材質，避免因霧化空氣潮濕而造成管道污染結垢。

（3）懸浮物堆積是造成噴嘴堵塞的主要原因。現有工藝在供氣和供水上存在三大缺陷：一是霧化空氣分配不均衡；二是霧化用水過濾級別和過濾精度不夠。因霧化空氣分配不均造成支管壓力大，而霧化用水壓力小，使霧化空氣阻擋了水流道，造成懸浮物堆積而堵塞噴嘴。

具體來講，原霧化空氣分為4流，每一流分3段，每一段是2個支管，共24個支管，每個支管上設置一個活塞式調壓閥來調節霧化空氣的壓力，調節范圍為0～1.0 MPa，通過調節后供噴嘴使用（見圖 1）。

此工藝存在缺陷：①調節范圍大，與噴嘴工藝要求0.2～0.5 MPa相差懸殊；②調節難度大，24個調節閥不能同時保證噴嘴的生產工藝要求；③無穩壓裝置，壓力波動較大。在2011年3月23日1流2段和2011年4月11日3流3段出現噴嘴大面積堵塞就是因為霧化空氣壓力和霧化用水的壓力嚴重失衡造成的。在這兩次典型的案例中霧化空氣和霧化用水壓力匹配為：霧化空氣0.42 MPa/霧化用水0.04 MPa和霧化空氣0.47 MPa/霧化用水 0.03 MPa。

圖1 霧化空氣工藝示意圖

針對霧化工藝存在的缺陷應做如下改造：取消支管上的24個活塞式調壓閥，改為在主管路增設調壓穩壓裝置（見圖2）。根據噴嘴生產工藝要求，選擇自力式調節閥，調節范圍在0.2～0.5 MPa之間；穩壓裝置為3 m3的穩壓罐。先調整噴嘴工藝所需壓力，然后供每個支管上的噴嘴使用，這樣既滿足了每個噴嘴霧化空氣壓力，也不會因為一個噴嘴壓力波動而改變其他噴嘴的壓力。

在主管道上增設調壓穩壓裝置的優點是調整起來簡單方便，供每一個支管的壓力均相同，保證了噴嘴的工藝壓力。針對存在管道選材上存在的缺陷，將空氣過濾器后至噴嘴的碳鋼管道改造為不銹鋼管道，杜絕因管道的銹垢和殘渣堵塞噴嘴的現象。

圖2 改造后霧化空氣工藝示意圖

圖3 二冷霧化水工藝示意圖

在使霧化空氣滿足生產工藝要求同時還對霧化用水工藝進行改造，原霧化用水工藝采取的是相同過濾精度的兩級過濾方式，兩級過濾精度均為200 μm（見圖3）。這種過濾方式不能滿足噴嘴的新工藝要求，首先這兩個過濾器均使用以色列刷式過濾器，在使用中過濾的懸浮物附著在過濾網上，有些纖維狀的懸浮物一半已經透過了濾網，而另一半還留在濾網的內側，當過濾器進行排污時，滾刷在滾動過程中，會打碎附著在濾網上的懸浮物，使細長的纖維狀懸浮物進入系統中，到達噴嘴部位后會造成懸浮物堵塞；其次是終極過濾器過濾精度只能滿足普通噴嘴（孔徑≥1.0 mm）的過濾要求，但無法滿足噴嘴孔徑為?0.8 mm，水質過濾等級為0.2 mm的霧化噴淋工藝要求。原因是：①水中一部分以Ca2+、Mg2+等陽離子的帶正電的絮凝團和SO32-、HO-等陰離子的顯負電的絮凝團，雖然兩種絮凝團直徑小于?0.2 mm，但是通過過濾器后依然會相互結合，形成大于0.8 mm的懸浮物絮凝團而堵塞噴嘴；②懸浮物的單體顆粒直徑雖小于0.2 mm，但是在運行過程中，會出現多個懸浮物單體同時達到噴嘴使到達噴嘴的瞬間總體直徑大于0.8 mm，同樣會堵塞噴嘴；③在已通過精度為0.2 mm過濾器的水中的纖維狀懸浮物，雖然縱向通過了過濾器，但是其橫向的長度可能大于0.2 mm，同時也存在長度大于0.8 mm的纖維狀懸浮物，這類懸浮物達到噴嘴后，橫在噴嘴孔處，就會把0.8 mm的噴嘴孔徑分割成小于0.4 mm的兩個噴嘴孔徑甚至小于0.2 mm的多個孔徑，很容易阻擋小于0.2 mm的懸浮物，最終造成噴嘴堵塞。

針對原二冷霧化水處理工藝存在的缺陷，為了滿足噴嘴的生產工藝，對霧化用水工藝進行改造：采取三級過濾，逐級提高過濾精度的過濾方式。一級過濾精度為200 μm，二級過濾精度為150 μm，三級過濾精度為80 μm（見圖4），這樣就可以除去水中顆粒度小于80 μm的顆粒物和纖維狀的懸浮物，從而解決因水質的原因造成噴嘴堵塞的問題。在過濾器選用上首先保證噴嘴的壓力、流量等方面的工藝要求，一級和二級過濾器選擇刷式過濾器，三級過濾器選擇自潔式過濾器。全自動自潔式過濾器的工藝特點是：過濾精度高，水質穩定；可通過自身的檢查和設定自動功能，實現反沖洗，以應對不穩定的水質波動，無需人工干預；控制系統反應靈敏，運行精確，可以根據不同水源和過濾精度靈活控制；反沖洗時無需中斷正常供水，可連續運行；反洗時通過水的旋轉排污，不會打碎附著在濾網上的懸浮物，懸浮物穿透率為0；過濾面積大，納污量高，管路壓損小。因此，選擇自潔式過濾器做為二冷霧化水處理的終極過濾可以滿足噴嘴對霧化水的工藝要求。

3 結語

2011年6月連鑄二冷霧化噴淋工藝從霧化空氣、霧化用水和工藝管道材質三方面進行改造，改造完成以后，通過一年生產的跟蹤，噴嘴堵塞的問題得到了根治，噴嘴堵塞現象徹底消失，減輕了工人的勞動強度，保證二冷霧化噴淋的正常運行，為連鑄坯生產合格的產品提供了有力保障。通過此次改造也為以后的工作打開了新的思路。

圖4 改造后二冷霧化工藝示意圖

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