電渣爐冷卻水系統的發展

蘇龍丹，王 昭，董君偉

(東北大學 材料先進制備技術工程研究中心，沈陽 110006)

電渣爐冷卻水系統的發展

蘇龍丹，王 昭，董君偉

(東北大學 材料先進制備技術工程研究中心，沈陽 110006)

本文從冷卻水系統的水量、水質、水溫等幾個方面分析了其對設備使用壽命和鋼錠凝固質量的影響，并對國內外幾種電渣爐循環水系統形式進行了比較，得出帶熱交換器的雙重冷卻水系統是目前最為科學的，此種冷卻水系統可以保證設備使用壽命和鋼錠的凝固質量.

冷卻水系統;電渣爐;冷卻塔;敞開式;封閉式

隨著電渣重熔技術的廣泛應用，電渣爐冷卻水系統也越來越受關注.

冷卻水系統水量不夠會造成主體設備損壞或引起安全事故，如電纜冷卻水不足時，隨著導線溫度的升高導線電阻也增加，直接導致重熔電耗的增加;結晶器和底水箱水量不足時，結晶器和底水箱銅板溫度升高，會因變形影響設備的使用壽命，嚴重的會出現爆炸等事故.

水質的影響也很重要，循環水中CaO和MgO含量較大時(硬度大于200 mg/L)易產生污垢沉積于傳熱面上，影響正常傳熱，使傳熱效率下降，冷卻水系統能耗增加.如1.5 mmCaCO3垢將增加10%～20%冷卻水系統能耗，12 mm污垢將增加70%左右的冷卻水系統能耗，25 mm污垢將設備效率下降95%，污垢還會引起間接腐蝕、滋生微生物和造成輸水困難.當循環水中進水水溫大于55℃，冷卻水中鈣鎂離子更易于生成水垢.

電渣爐冷卻水系統的冷卻形式、水質、水溫等因素直接影響到設備使用壽命和鋼錠質量.因此，對于電渣爐冷卻水系統必須給予足夠的重視.

1 目前國內電渣爐冷卻水的形式

電渣爐冷卻水系統主要有4種形式:直排式、帶冷卻塔的敞開式循環水系統、帶冷卻塔的封閉式循環水系統、帶熱交換器的循環水系統.

1.1 直排式冷卻水系統

電渣爐冷卻水系統最初采用直流式即直排式冷卻水系統.在直排式冷卻水系統中，冷卻水僅通過需冷卻部件一次后就被排放掉了.此種方法投資少、操作簡便，但其水質難保證，用水量大，運行費用高，不能滿足工藝對水質的要求，也不符合當前節能環保的要求.隨著國家管制加強和工藝方面對水質越來越嚴格的要求，直流式冷卻水方式已經逐漸被淘汰.

1.2 帶冷卻塔的敞開式循環水系統

帶冷卻塔的敞開式循環水系統通常也叫做無壓回水系統，這是一種最簡單冷卻水系統，即循環水經結晶器、底水箱等需冷卻的部件后直接排入一個敞開的回水槽中，再從回水槽中依靠重力流回到廠區冷水池中.此系統主要由冷水池、泵站、分水器、需冷卻部件、回水槽、開式冷卻塔等構成，其原理圖如圖1所示.一般應用此種水循環系統均為噸位較小的爐子，在國內民營企業應用比較普遍.

圖1 帶冷卻塔的敞開式循環冷卻水系統Fig.1 Unlimited cooling water with cooling tower

該系統中水源主要來自未經任何處理的河水或地下水，水質較差，主要是硬度較高，懸浮物含量和溶解性固體含量超標.其主要特點是設備簡單、水源成本低、檢測元件較少(只檢測底水箱和結晶器回水溫度即可).整個水系統水壓較低，對設備主體耐壓要求低(結晶器底水箱除外)，需冷卻部件的各個冷卻水支路回水易于觀察，一次性投資費用少.其主要缺點是冷卻效率低;因灰塵、污物容易進入系統中造成排污量大，維護周期短，維護費用較高;因冷卻水在循環過程中要與空氣接觸，部分冷卻水會被蒸發損失掉，造成水中各種礦物質和離子含量也會不斷濃縮增大，補給水量大;因其冷卻效率低，影響渣殼形成，影響鋼錠凝固質量.

1.3 帶冷卻塔的封閉式循環水系統

帶冷卻塔的封閉式循環水系統是指循環水不與空氣直接接觸，冷卻水經水泵組，分水器，在密閉條件下到達需冷卻部件并在密閉條件下返回閉式冷卻塔，而在閉式冷卻塔中經換熱降溫后再循環使用.帶冷卻塔的封閉式循環水系統主要由水池、水泵組、需冷卻部件、分集水器、密閉式冷卻塔等構成.其水系統原理如圖2所示.

此系統須使用含鹽量很低的軟水或純水等水質較好的水源，要求其各項水質指標均能保持在工業冷卻水水質指標范圍內.帶冷卻塔的封閉式循環水系統的主要優點是其主要設備相對簡單、運行穩定、密封性較好、補充水量少(或基本不補充水).另外，水中各礦物質和離子含量一般不發生變化，水質能較好保持，受污染機會少，排污量少(或基本不排污);水質處理方法比較簡單;維護周期長，維護較容易.其主要缺點是由于此系統是密閉空間，必須帶壓回水才能保證能回至閉式冷卻塔中;一次性投資較大，能耗高;日常維護費用較高，整個冷卻水系統對水質較好的冷卻水水量需求量大，水源成本高;需冷卻部件的各個冷卻水支路回水必須單獨設置流量檢測裝置，以便對各個回水支路回水情況進行監測，防止無回水或回水量不足情況發生.

在帶冷卻塔的封閉式循環水系統中，因其水質較好，冷卻水能為保證較高的冷卻效率提供必要條件，間接保證渣殼形成，保證鋼錠的表面質量和凝固質量.

1.4 帶熱交換器的雙重冷卻水系統

帶熱交換器的雙重冷卻水系統指內部冷卻水升溫后不與大氣直接接觸，而在換熱器中經由外部冷卻水換熱降溫后再回用.外部循環冷卻水經開式冷卻塔冷卻后回用.此系統由相對獨立的內水循環和外水循環通過熱交換器聯系起來，內水系統能在保證水質條件下盡量使內水系統最小化;外水系統通過使用開式冷卻塔提高其系統冷卻效率.系統主要由內水泵組、熱交換器(內水水箱)、需冷卻部件、分集水器、外水泵組、開式冷卻塔、水池等構成，其原理如圖3所示.

圖2 帶冷卻塔的封閉式循環水系統Fig.2 Limited cooling water with cooling tower

圖3 帶熱交換器的雙重冷卻水系統Fig.3 Double cooling water with heater exchanger

帶熱交換器的雙重冷卻水系統的特點是，內水和外水相對獨立，不發生直接接觸，因此內水可根據工藝需要采用水質較好的軟水或純水，外水可以使用工業清水或自來水等水質相對較差的冷卻水，既可以滿足工藝對水質方面要求又盡量縮小內水供給范圍，節約成本.內水系統水質能較好保持;排污量少;補充水量少;冷卻效率高;維護周期長;投資費用相對與前兩種方式，介于兩者之間，能耗也介于兩者之間.缺點是設備相對復雜，維護較繁瑣，各冷卻回路應單獨設置流量或溫度檢測裝置.

2 國外較先進的冷卻水形式

目前國外能夠生產制做電渣爐設計的企業主要有美國康薩克公司、奧地利因泰克公司、德國ALD公司、烏克蘭巴頓電焊研究所等，其水系統設計形式基本都是帶熱交換器的雙重冷卻水系統，只不過具體爐型相應有所改進和提高，我們可以從這幾家的冷卻水系統原理中得到驗證.

圖4 因泰克水系統原理圖Fig.4 Cooling water schematic of INTECO

圖5 ALD水系統原理圖Fig.5 Cooling water schematic of ALD

由圖4，圖5我們可以看出，因泰克和ALD設計的電渣爐冷卻水系統基本是帶熱交換器的雙重冷卻水系統形式.ALD的水系統內部冷卻水從水箱經泵組到換熱器，再從設備回到水箱里;外部冷卻水經冷卻塔冷卻回用.水箱帶有加熱自動補水等功能，通過檢測內冷卻水經換熱器后的水溫，調節外部冷卻水水量，進一步保證內部循環水水溫恒定.因泰克的水系統內部冷卻水從水箱經泵組到設備，冷卻水再進入換熱器被降溫后回至水箱.因泰克通過調節進入換熱器的冷卻水流量進而保證水溫恒定.另外，因泰克設計的水系統對補充水水質也進行處理，以保證整個系統水質基本不變.

ALD和因泰克設計的電渣爐冷卻水系統的共性主要有以下幾點:1)內部冷卻水不與大氣直接發生接觸;2)內部冷卻水系統設置內水水箱，水箱具有液位檢測功能，并通過調節閥門，根據液位情況自動補水;3)水箱設置加熱功能;4)水箱的容積都相對于國內比較小(ALD 1 t電渣爐內水水箱4 m3，INTRCO16 t電渣爐內水水箱5 m3);5)通過調節換熱器進水流量(無論是內水側還是外水側進入換熱器水流量)控制內部循環水的回水水溫，避免回水溫度過低，影響電渣爐冷卻水進水水溫恒定，降低能耗.

3 結語

從上述幾種形式的冷卻水系統的各自特點和國內國際發展趨勢可以看出，帶熱交換器的雙重冷卻水系統應用會越來越廣泛，此種冷卻水系統可以保證設備使用壽命和鋼錠的凝固質量.

［1］唐受印，戴友芝.工業循環冷卻水處理［M］.北京:化學工業出版社，2003:1－42.

［2］馬英華.15t電渣爐冷卻水系統淺析［J］.河北煤炭，2001，(4):50－51.

［3］李曉明，王磊，崔福義.回收污水熱能時污水對銅管腐蝕的影響研究［J］.2005，32(4):203－204.

［4］魯進彥，李樂中.工業循環冷卻水的應用情況分析［J］.甘肅石油和化工，2007，(2):29 －36.

The development of cooling water system for ESR

SU Long-dan，WANG Zhao，DONG Jun-wei

(Shenyang Dong Da Materials Engineering Research Center for Advanced Preparation，Shenyang 110006，China)

This text major analyses the effect which the amount of water，the quality of water and the temperature of water from cooling water impact the equipment life and the quality of solidification and compares the internal terms of cooling water with external.The conclusion is that the double cooling water with heater exchanger is science at present，because the term can guarantee the equipment life and the quality of solidification

cooling water;ESR;cooling tower;unlimited;limited

TF 748.6

A

1671-6620(2011)S1-0157-04

2010-10-15.

蘇龍丹 (1984—)，女，吉林長春人，助理工程師，E－mail:shuizhongyuhj@163.com.