高爐沖渣水換熱材質選取分析

魏亞志,周紀帥

引言

高爐沖渣水作為一種低溫廢熱源，高爐爐渣帶走的熱量約占高爐總熱耗的16%左右，具有溫度高(70～90℃)、流量大的特點。高爐沖渣水水質差，水中含有纖維狀的細小懸浮物，主要成分為SiO2、CaO、Al2O3、MgO以及少量的Fe2O3；高爐沖渣水中含有大量的SO42-、C1-等成分，一般呈弱堿性，對普通鋼材存在腐蝕性，并且高爐沖渣硬度很大，易結垢。

目前，高爐高爐沖渣水余熱回收利用主要用于供熱、生活熱水。高爐沖渣水對金屬換熱器會產生腐蝕、結垢，另外纖維狀的懸浮物會在換熱器的進出口、傳熱元件間淤積，堵塞換熱流道。換熱器作為高爐沖渣水提取熱量的關鍵部件，選取何種材質的換熱元件對高效換熱至關重要。

1　高爐沖渣水換熱材質選取實驗

針對高爐沖渣水對不同金屬材質的腐蝕性、結垢性，本文通過現場掛片實驗方式對不同金屬材質進行實驗，選取適合沖渣水換熱的金屬材質。

1.1　試驗材料與方法

1.1.1試驗地點

某鋼廠8#高爐現場，8#高爐的爐容為2250 m3，沖渣水采用冷因巴法。分別選取8#高爐沖渣循環水的冷卻塔和沖渣水水池處，作為掛片放置地點。

1.1.2試驗掛片材料

材質分別為20#碳鋼、A3碳鋼、黃銅、紫銅、不銹鋼304、不銹鋼316L、不銹鋼2205、鈦，掛片尺寸為35mm×35mm×2mm。

1.1.3試驗方法

將掛片依次串聯在繩子上，淹沒在冷卻塔的冷卻池、沖渣水池中。

分別在第30天、60天從沖渣水中取出20#碳鋼、A3碳鋼、黃銅、紫銅、不銹鋼304、不銹鋼316L、不銹鋼2205、鈦掛片進行觀察，90天時將掛片取出進行掛片測試分析。

1.2　試驗評價特性掛片腐蝕特性

金屬腐蝕的現象與腐蝕機理比較復雜，一般可將金屬腐蝕的影響分為：常溫腐蝕和高溫腐蝕；大氣腐蝕、海水腐蝕、淡水腐蝕、土壤腐蝕和生物腐蝕；全面腐蝕和局部腐蝕。

由于技術條件限制，本課題評價掛片試驗腐蝕特性采用表觀檢查的方式，通過對掛片表面的顏色與形態、腐蝕介質的變化進行觀察并判斷腐蝕類型。根據Champion F A[1]提出的標準，對比分析試驗掛片表觀定性的對腐蝕特性做出評價。

1.3　掛片結垢特性

根據結垢層沉積的機理，可將污垢分為顆粒污垢、結晶污垢、化學反應污垢、腐蝕污垢、生物污垢和凝固污垢。通常的污垢形成過程，可能是幾種污垢機理同時作用的結果，即混合污垢，操作條件不同，其形成過程也會有差異。

1.4　水質分析

本文對某鋼廠7#、8#高爐沖渣水進行取樣化驗分析，水質結果分析如表1。

表1　高爐沖渣水質分析表

通過分析結果可見，高爐沖渣水pH為7左右，略呈堿性；硬度較高，氯離子、硫酸根離子較高，對于金屬材質具有一定的腐蝕性和結垢性。

2　試驗結果分析

由于高爐沖渣水中含有大量的鹽離子，如SO42-、C1-，金屬掛片會在高爐沖渣水中發生電化學腐蝕或局部腐蝕，甚至全面腐蝕。高爐沖渣水進入換熱器前經過過濾裝置的處理，因此高爐沖渣水系統中主要有析晶垢和腐蝕垢，主要化學成分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢等。不同金屬材質對于高爐沖渣水的適用性，可通過腐蝕特性、結垢特性進行評價篩選，見表2。

表2　掛片試驗分析表

碳鋼掛片在高爐沖渣水中發生電化學反應，表面腐蝕，表面被鐵銹覆蓋形成腐蝕污垢，不能作為換熱器的換熱材質。

白銅、黃銅材質掛片表面存在一定腐蝕形成氧化層，阻止了進一步的腐蝕，并且顆粒、析晶在表面形成了一定污垢，不適合作為換熱器的換熱材質。

不銹鋼 304L、316L、2205、鈦基本不腐蝕（裸眼看不出），同時形成一定污垢，可以作為換熱器換熱材質。污垢形成主要為析晶污垢和顆粒污垢，沖渣水溫度的變化使得溶解的無機鹽在換熱器表面形成結晶體，同時和懸浮在沖渣水中的渣棉纖維協同在換熱表面積聚。

3　結論

高爐沖渣水水質對金屬換熱器有一定的腐蝕性，沖渣水的硬度較大，水中的碳酸鹽、硅酸鹽會以析晶垢形式附著在換熱器表面，纖維狀懸浮物會以沉降的形式堆積在換熱器表面形成沉淀污垢。

由于鈦合金較不銹鋼價格較高，綜合考慮選用不銹鋼作為換熱器換熱材質。不銹鋼選取需要根據不同高爐沖渣水特性、不銹鋼不同型號的耐磨度等特性綜合選擇，換熱器換熱材質表面可以采取納米涂層等技術，避免換熱器表面結垢。

[參 考 文 獻]

[1]Champion F A.Corrosion testing procedure[M].2nded.London:Chapman and hall,1964.