結(jié)晶器系統(tǒng)水處理方案的優(yōu)化

吳氵勇濤,付維新,汪占鑫,李楊樹

(上海洗霸科技股份有限公司,上海200437)

結(jié)晶器系統(tǒng)水處理方案的優(yōu)化

吳氵勇濤,付維新,汪占鑫,李楊樹

(上海洗霸科技股份有限公司,上海200437)

針對結(jié)晶器軟水系統(tǒng)的具體情況，分析了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素，有針對性地提出了系統(tǒng)優(yōu)化方案。方案經(jīng)實(shí)施后，提高了水質(zhì)以及結(jié)晶器銅管的過鋼量，而且降低了鑄坯的低倍角裂，提高了鑄坯質(zhì)量。

結(jié)晶器；軟水；堿性水處理

1 引言

在連鑄生產(chǎn)過程中，鋼水經(jīng)過結(jié)晶器冷卻后，表面形成一層薄薄的坯殼，而內(nèi)部仍是熔融狀態(tài)，為后續(xù)連鑄提供初成型鑄坯。結(jié)晶器冷卻效果的好壞，不但會(huì)影響結(jié)晶器銅板或銅管的使用壽命，而且會(huì)影響鑄坯的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)概況

2.1 水處理工藝流程

方大特鋼0#連鑄機(jī)為五機(jī)五流式方坯連鑄機(jī)，結(jié)晶器采用軟水冷卻，工藝流程較一般結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)不同，具體見圖1，系統(tǒng)為半敞開式間冷循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水經(jīng)使用后，通過蒸發(fā)空冷器進(jìn)行冷卻降溫后送至冷水池，經(jīng)提升泵加壓并通過自清洗過濾器過濾后，再次供給結(jié)晶器冷卻使用。循環(huán)水量600 m3/h，保有水量約350 m3。

圖1 系統(tǒng)工藝流程

2.2 原有水質(zhì)控制指標(biāo)

2010～2011年原有水質(zhì)控制指標(biāo)如下：

pH:7～9

總硬度：≤20 mg/L

氯離子：≤200 mg/L

懸浮物：≤10 mg/L

總鐵：≤1 mg/L

2.3 系統(tǒng)存在問題

①由于系統(tǒng)采用軟水進(jìn)行冷卻，結(jié)垢離子較少，且系統(tǒng)為半敞開式，因此腐蝕傾向大，腐蝕較難控制。采用常規(guī)磷酸鹽控制方案時(shí)，總鐵在1.5 mg/L左右，碳鋼腐蝕率1.05 mm/a；

②在連鑄結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)中，結(jié)晶器銅管為銅材質(zhì)，系統(tǒng)供回水管道為碳鋼材質(zhì)，由于銅與碳鋼腐蝕電位不同，當(dāng)兩者相互接觸或者通過有電導(dǎo)率的冷卻水相連時(shí)，則該電位差會(huì)驅(qū)使電子在它們之間流動(dòng)，從而形成腐蝕電池，對碳鋼產(chǎn)生腐蝕，一般較易發(fā)生在兩者接觸的地方。

③系統(tǒng)的換熱量較高，水質(zhì)控制不當(dāng)，在結(jié)晶器銅管表面易生成垢類物質(zhì)，影響換熱效果，且影響鑄坯質(zhì)量及銅管使用壽命。

2.4 水質(zhì)對生產(chǎn)的影響

當(dāng)結(jié)晶器銅管結(jié)垢時(shí)，會(huì)使結(jié)晶器冷卻效果不均勻或過弱，一方面使得結(jié)晶器內(nèi)鋼水凝殼厚度不均，因此產(chǎn)生的應(yīng)力易引起微小角部裂紋；另一方面，鑄坯表面溫度反復(fù)變化而引起的多次相變，容易造成皮下裂紋。

3 原因分析

3.1 氧的去極化

方大0#連鑄機(jī)結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)由于不是全密閉，因此系統(tǒng)在運(yùn)行過程中難免有氧氣進(jìn)入系統(tǒng)溶于水中，容易發(fā)生氧的去極化反應(yīng)，促進(jìn)腐蝕的發(fā)生。

當(dāng)亞鐵離子與氫氧根在水中相遇時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀。如果水中的溶解氧充分，則Fe(OH)2會(huì)進(jìn)一步氧化，生成FeOOH或Fe2O3；如果水中的溶解氧不充分，則進(jìn)一步氧化成綠色的水合四氧化三鐵或黑色的無水四氧化三鐵。

3.2 溫度

結(jié)晶器冷卻對象為鋼水，溫度高達(dá)1500℃以上，銅管水側(cè)接近銅管表面的溫度也高達(dá)80℃左右，一般來說，金屬的腐蝕速率隨著溫度的升高而增大，如圖2示[1]。

圖2 溫度對碳鋼腐蝕速率的影響

由圖2看見，無論敞開系統(tǒng)還是密閉系統(tǒng)，在0～80℃的范圍內(nèi)，碳鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高而增大。這主要是因?yàn)?，隨著溫度的升高，溶解氧向碳鋼表面的擴(kuò)散速度增加，從而加速氧的去極化作用。但溫度繼續(xù)升高，敞開系統(tǒng)的的溶解氧由于溶解度的降低而逸出系統(tǒng)，從而降低了氧的去極化作用。

另外，在采用磷酸鹽方案時(shí)，如若系統(tǒng)水質(zhì)控制不當(dāng)，造成系統(tǒng)總磷較高，則在系統(tǒng)高溫部位容易生產(chǎn)磷酸鈣垢，即結(jié)晶器銅管處容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。

3.3 pH值

軟水系統(tǒng)pH值對碳鋼腐蝕影響見圖3[1]。由圖3可知，對于軟水系統(tǒng)，當(dāng)pH值大于10后，隨著pH值的升高，碳鋼腐蝕率下降明顯。

圖3 軟水系統(tǒng)pH值對碳鋼腐蝕率的影響

4 水處理優(yōu)化方案

通過以上分析可以看出，系統(tǒng)的優(yōu)化方案一方面要解決結(jié)垢問題，一方面也要解決系統(tǒng)腐蝕問題。

結(jié)垢一般是由于水中陰陽離子相互反應(yīng)生成的沉積物，降低陰、陽離子任一方的濃度都有利于降低結(jié)垢趨勢，因此新方案中進(jìn)一步降低系統(tǒng)總硬度控制指標(biāo)到小于等于10 mg/L（以碳酸鈣計(jì)）。

由于碳鋼材料可以通過提高pH值降低腐蝕速率，但如果pH過高，鐵會(huì)溶解生成鐵酸鹽，不利于腐蝕控制，因此新方案將系統(tǒng)的日常運(yùn)行pH提高到10～12的范圍，以降低系統(tǒng)腐蝕傾向。

自2012年下半年開始，對系統(tǒng)的水質(zhì)控制指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整，具體水質(zhì)要求見表2。

2012年后新的水質(zhì)控制指標(biāo)如下：

pH:10～12

總硬度：≤10 mg/L

氯離子：≤200 mg/L

懸浮物：≤10 mg/L

總鐵：≤1 mg/L

同時(shí)向系統(tǒng)中投加ECH-806緩蝕阻垢劑，由于藥劑中含有硼酸鹽，有利于氧在金屬表面吸附而促進(jìn)金屬的鈍化，且硼酸鹽可以在金屬表面氧化膜上吸附，使氧化膜進(jìn)一步穩(wěn)定和牢固，從而達(dá)到陽極緩蝕的效果，進(jìn)一步強(qiáng)化系統(tǒng)緩蝕效果。

5 優(yōu)化效果

通過對系統(tǒng)水質(zhì)控制指標(biāo)以及水處理藥劑進(jìn)行優(yōu)化，并經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，達(dá)到了一定的改善效果：

（1）通過對結(jié)晶器供水管道打開檢查，管道表面比較干凈，無銹瘤；結(jié)晶器下線檢查，表面無垢類物質(zhì)生成；

（2）優(yōu)化方案實(shí)施后，系統(tǒng)的總鐵基本控制在小于0.5 mg/L的范圍，碳鋼腐蝕率小于0.04 mm/a；

（3）結(jié)晶器銅管的過鋼量提升了65%；

（4）鑄坯低倍樣的合格率逐步提高，從50%提高到了90%以上，基本消除了低倍角裂現(xiàn)象，從而提高了鑄坯的質(zhì)量。

[1]周本省.工業(yè)水處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

Optimization of the Water Treatment Process for Continuous Casting Mold

Wu Yongtao,Fu Weixin,Wang Zhanxin,Li Yangshu
(Shanghai Emperor of Cleaning Hi-Tech Co.,Ltd.,Shanghai 200437,China)

Based on the specific conditions of circulation cooling soft water system for continuous casting mold,factors influencing stable operation were analyzed and system optimization solution was put forward.After application,the water quality was improved,total amount of steel cooled by one copper pipe of mold was increased,macro corner cracks were reduced and casting slab quality was improved.

mold;soft water;alkaline water treatment

TQ085

B

1006-6764（2015）03-0052-03

2014-11-25

吳氵勇濤(1969-)，男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事煉鋼工藝及設(shè)備管理工作。