結晶器系統水處理方案的優化

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)

結晶器系統水處理方案的優化

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)

針對結晶器軟水系統的具體情況，分析了系統穩定運行的影響因素，有針對性地提出了系統優化方案。方案經實施后，提高了水質以及結晶器銅管的過鋼量，而且降低了鑄坯的低倍角裂，提高了鑄坯質量。

結晶器；軟水；堿性水處理

1 引言

在連鑄生產過程中，鋼水經過結晶器冷卻后，表面形成一層薄薄的坯殼，而內部仍是熔融狀態，為后續連鑄提供初成型鑄坯。結晶器冷卻效果的好壞，不但會影響結晶器銅板或銅管的使用壽命，而且會影響鑄坯的質量。

2 系統概況

2.1 水處理工藝流程

方大特鋼0#連鑄機為五機五流式方坯連鑄機，結晶器采用軟水冷卻，工藝流程較一般結晶器冷卻水系統不同，具體見圖1，系統為半敞開式間冷循環水系統，冷卻水經使用后，通過蒸發空冷器進行冷卻降溫后送至冷水池，經提升泵加壓并通過自清洗過濾器過濾后，再次供給結晶器冷卻使用。循環水量600 m3/h，保有水量約350 m3。

圖1 系統工藝流程

2.2 原有水質控制指標

2010～2011年原有水質控制指標如下：

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 系統存在問題

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

②在連鑄結晶器冷卻水系統中，結晶器銅管為銅材質，系統供回水管道為碳鋼材質，由于銅與碳鋼腐蝕電位不同，當兩者相互接觸或者通過有電導率的冷卻水相連時，則該電位差會驅使電子在它們之間流動，從而形成腐蝕電池，對碳鋼產生腐蝕，一般較易發生在兩者接觸的地方。

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

2.4 水質對生產的影響

當結晶器銅管結垢時，會使結晶器冷卻效果不均勻或過弱，一方面使得結晶器內鋼水凝殼厚度不均，因此產生的應力易引起微小角部裂紋；另一方面，鑄坯表面溫度反復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#連鑄機結晶器冷卻水系統由于不是全密閉，因此系統在運行過程中難免有氧氣進入系統溶于水中，容易發生氧的去極化反應，促進腐蝕的發生。

當亞鐵離子與氫氧根在水中相遇時，就會產生Fe(OH)2沉淀。如果水中的溶解氧充分，則Fe(OH)2會進一步氧化，生成FeOOH或Fe2O3；如果水中的溶解氧不充分，則進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

結晶器冷卻對象為鋼水，溫度高達1500℃以上，銅管水側接近銅管表面的溫度也高達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，無論敞開系統還是密閉系統，在0～80℃的范圍內，碳鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高而增大。這主要是因為，隨著溫度的升高，溶解氧向碳鋼表面的擴散速度增加，從而加速氧的去極化作用。但溫度繼續升高，敞開系統的的溶解氧由于溶解度的降低而逸出系統，從而降低了氧的去極化作用。

另外，在采用磷酸鹽方案時，如若系統水質控制不當，造成系統總磷較高，則在系統高溫部位容易生產磷酸鈣垢，即結晶器銅管處容易出現結垢現象。

3.3 pH值

軟水系統pH值對碳鋼腐蝕影響見圖3[1]。由圖3可知，對于軟水系統，當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pH值對碳鋼腐蝕率的影響

4 水處理優化方案

通過以上分析可以看出，系統的優化方案一方面要解決結垢問題，一方面也要解決系統腐蝕問題。

結垢一般是由于水中陰陽離子相互反應生成的沉積物，降低陰、陽離子任一方的濃度都有利于降低結垢趨勢，因此新方案中進一步降低系統總硬度控制指標到小于等于10 mg/L（以碳酸鈣計）。

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，鐵會溶解生成鐵酸鹽，不利于腐蝕控制，因此新方案將系統的日常運行pH提高到10～12的范圍，以降低系統腐蝕傾向。

自2012年下半年開始，對系統的水質控制指標進行了調整，具體水質要求見表2。

2012年后新的水質控制指標如下：

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

同時向系統中投加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，使氧化膜進一步穩定和牢固，從而達到陽極緩蝕的效果，進一步強化系統緩蝕效果。

5 優化效果

通過對系統水質控制指標以及水處理藥劑進行優化，并經一段時間運行后，達到了一定的改善效果：

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

（2）優化方案實施后，系統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象，從而提高了鑄坯的質量。

[1]周本省.工業水處理[M].北京：化學工業出版社，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，大學本科學歷，工程師，現從事煉鋼工藝及設備管理工作。