卷板濁環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)改進與成效

甘元有

（山西建龍實業(yè)有限公司軋鋼二廠，山西 運城 043800）

1 成效濁環(huán)水在熱軋生產(chǎn)過程中的作用

熱軋板材、帶材生產(chǎn)過程中，軋制出來的產(chǎn)品必須從高溫紅熱狀態(tài)冷卻到常溫狀態(tài)。板、帶材的溫度和冷卻速度決定了鋼材內(nèi)在的組織、力學(xué)性能及表面氧化鐵皮數(shù)量，因而對產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。

1）軋制過程中，熱軋件表面的氧化鐵皮需要經(jīng)過高壓水進行沖擊，對表面的氧化鐵皮進行去除。

2）在軋制過程中，精軋機區(qū)域的終軋溫度過高，對中間坯的溫度進行調(diào)整，通過冷卻水對中間坯進行降溫。

3）為了獲得良好的鋼材力學(xué)性能，需要將帶鋼成品的溫度從高溫急劇降低到需要的溫度范圍，需要在帶鋼表面噴灑水對帶鋼進行降溫，此工序就是常說的層流冷卻。

由此可見，濁環(huán)冷卻水所起的作用是十分重要的。不論是軋制工序環(huán)節(jié)，還是冷卻工序環(huán)節(jié)，以及板、帶材表面質(zhì)量都與水有密切相關(guān)，同時冷卻水的水量、水壓、水質(zhì)都直接影響熱軋產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，所以，冷卻水是整個熱軋生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。山西建龍實業(yè)有限公司軋鋼二廠（全文簡稱山西建龍）現(xiàn)有1 500 mm熱軋板材生產(chǎn)線是獨立的一套水處理系統(tǒng)，其中濁環(huán)水供水量為11 000 m3/h。

2 目前存在的問題

發(fā)現(xiàn)卷板表面“發(fā)烏”，表面氧化鐵皮存在“脆性”，具體表現(xiàn)在卷板在開平過程中氧化鐵皮容易從基體“剝離”，所開發(fā)的汽車車輪鋼在下游客戶下料后進行旋壓的過程中，氧化鐵皮脫落，產(chǎn)生一層“黑灰”，表面也比較粗糙，如圖1所示。

圖1 鋼板原料形貌和旋壓后的形貌

3 熱軋濁環(huán)水水處理面臨的困難

3.1 濁環(huán)水處理工藝

熱軋濁環(huán)水是供軋機軋輥、板材生產(chǎn)線冷卻用水，水與被冷卻物料直接接觸，用后水除水溫高外，水質(zhì)也發(fā)生了重大改變，氧化鐵皮，泄露的潤滑油進入水中，成為軋鋼污水。用后的水進入濁循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過旋流井沉淀，平流沉淀池工藝處理環(huán)節(jié)，初步去除水中較大顆粒的氧化鐵皮和機械去除上層浮油，經(jīng)過濾器過濾進一步去除較細小的氧化鐵皮，使出水懸浮物小于50 mg/L，經(jīng)冷卻塔降溫后的水供生產(chǎn)線循環(huán)使用，水處理工藝流程如圖2。

圖2 水處理工藝流程

3.2 供水水源是難點

山西建龍地處山西省最南邊的運城市聞喜縣東鎮(zhèn)鎮(zhèn)，緊靠黃河，只有黃河水和地下水選擇，由于地下水資源耗資巨大，所以采用黃河水水源進行補水，黃河水的水質(zhì)見表1。

表1 黃河水的水質(zhì)表

由于黃河水硬度、氯離子、總硬度均偏高，水質(zhì)本身較差，導(dǎo)致了濁環(huán)水在循環(huán)使用過程中硬度、氯離子及電導(dǎo)率升高過快，對設(shè)備腐蝕嚴重，對帶鋼表面產(chǎn)生嚴重的污染，產(chǎn)品表面質(zhì)量惡化。

3.3 解決供水水源水質(zhì)是首要任務(wù)

目前能源中心水處理設(shè)備軟水日產(chǎn)8 000 m3，僅僅能夠維持全公司所有加熱爐，熱風爐等設(shè)備耐高溫管道的冷卻水量，對于濁環(huán)水根本沒有富裕的軟水，一方面舊的反滲透系統(tǒng)沒有正常投用，另一方面新建南部廠區(qū)污水處理提產(chǎn)改造項目仍然在施工進行中。

3.4 解決水處理藥劑問題

目前水處理藥劑中含有影響水質(zhì)惡化的元素，山西建龍目前采用的藥劑種類及成分如表3。

表3 山西建龍目前采用的藥劑種類及成分

藥劑中，滅藻殺菌劑，型號是JH-803的絮凝劑均含有影響水質(zhì)的氯元素。

4 卷板表面氧化鐵皮疏松和脆性原因分析

4.1 化學(xué)成分的影響

經(jīng)過與其他公司對比，化學(xué)成分與其他公司沒有差異，都是按照內(nèi)控標準組織生產(chǎn)，據(jù)此，排除化學(xué)成分的影響。

4.2 氧化鐵皮厚度的影響（見表4）

從表4看出，山西建龍帶鋼表面氧化鐵皮厚度與其他公司基本沒有什么差別，排除氧化鐵皮厚度對表面疏松脆性的影響。

表4 分鋼種不同鋼廠氧化鐵皮厚度情況對比表

卷板在生產(chǎn)過程中，除了溫度之外，直接與卷板表面接觸的只有軋輥和水，軋輥表面對卷板表面產(chǎn)生兩方面的影響：一方面是卷板表面粗糙度產(chǎn)生影響，另一方面軋輥表面偶爾產(chǎn)生氧化膜脫落，粘附在卷板表面產(chǎn)生致密的黑色狀物質(zhì)，此兩方面均與卷板表面氧化鐵皮的“疏松”和“脆性”無關(guān)，據(jù)此得出結(jié)論：卷板表面氧化鐵皮的“疏松”和“脆性”與水有關(guān)。

考慮熱軋水系統(tǒng)的水質(zhì)，通常考慮的因素：

1）pH值。一般酸性水會加速腐蝕（pH＜6），中性和堿性水腐蝕很小。

2）Cl-。可以間接破壞鋼材表面的鈍化膜，降低鋼板本身的耐蝕性。

3）含油量。僅僅是附著在鋼材表面，存在一些色差而已。

4）濁度。一般只會堵塞，隔絕鋼材和空氣的接觸，本質(zhì)上不加劇腐蝕。

山西建龍循環(huán)水的現(xiàn)狀如表5所示。

表5 山西建龍循環(huán)水的現(xiàn)狀

從表5中看出，氯離子和電導(dǎo)率非常高，與其他同類廠家高出了2~3倍。

4.3 進一步分析氧化鐵皮的顯微結(jié)構(gòu)

電鏡掃描鋼帶表面氧化鐵皮形貌如圖1所示。

圖1 電鏡掃描鋼帶表面氧化鐵皮形貌

從圖1發(fā)現(xiàn)山西建龍鋼帶表面氧化鐵皮與基體之間存在明顯的疏松、空隙及分層狀態(tài)。

4.4 氧化鐵皮進一步分析

據(jù)有關(guān)文獻報到，碳鋼在Cl-中存在腐蝕，Cl-離子半徑很小，腐蝕性極強，溶液導(dǎo)電性增加，鐵失去電子，優(yōu)先形成點腐蝕，當溶液中存在高濃度、高導(dǎo)電的FeCl2時，pH值下降，加劇腐蝕。鋼在Cl-環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)很復(fù)雜，Cl-優(yōu)先會和鐵氧化物生成α-FeOOH，γ-FeOOH等羥基化合物，此類羥基化合物疏松多孔，對基體不具備保護能力，基本的化學(xué)反應(yīng)如下。

據(jù)此推斷，與電鏡的顯微分析基本吻合，帶鋼表面“疏松”“脆性”的物質(zhì)就是羥基化合物。

5 整改措施

5.1 改善供水水源水質(zhì)

能源中心對舊的反滲透系統(tǒng)立即進行檢修，投入正常使用，確保每日1 000 m3普通軟水的富裕水量。具體如下：

1）加快新建南部廠區(qū)污水處理項目的進度，盡快投入使用，使山西建龍的軟水富余量達到每日2 000 m3，滿足山西建龍軟水的需求量。

2）從距離熱軋廠最近的軟水管道（煉鋼二區(qū)連鑄跨的軟水管道），分支出1根直徑150 mm的軟水管道，直接供水到熱軋廠層流冷卻水池。

更換水處理藥劑如表6所示。

表6 更換水處理藥劑表

6 成效

6.1 水質(zhì)改善成效

從9月初持續(xù)換水后，截止到10月下旬，氯離子和電導(dǎo)率持續(xù)下降達到穩(wěn)定水平，如圖2，圖3，表7所示。

表7 9月份前后水質(zhì)指標對比

圖2 氯離子降低趨勢圖

圖3 電導(dǎo)率降低趨勢圖

6.2 量改善成效

車輪鋼改善前后表面變化情況如圖4。

圖4 車輪鋼改善前后表面形貌

輪輻鋼和制動鼓用鋼改善前后情況的比較如圖5。

圖5 輪輻鋼和制動鼓用鋼改善前后情況

7 結(jié)語

通過對水質(zhì)的改善，解決了困擾山西建龍多年來帶鋼表面氧化鐵皮的問題，為品種鋼的生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，下一步穩(wěn)定水質(zhì)，是穩(wěn)定帶鋼表面質(zhì)量的有力保障。