连铸结结晶器水处理的研究

连铸结晶器循环水处理的研究 摘要 结晶器是连铸设备的“心脏”，对连铸安全生产有着重要的意义，良好的水处理和合格的供水水质是保证连铸生产线安全生产和连铸坯质量的关键。针对不同工艺流程和水质研制出的TS水处理药剂和技术，在多套结晶器循环水系统中应用后，取得了良好的处理效果，保证了结晶器的安全运行。关键词连铸；水冷结晶器；结垢；水质稳定；水处理Research on The Circle -cooling Water Treatment of Continous Casting CrystallizerWu Xinguo1, Dun Shichao1, Zhu yijun2,Yi Longxin1（1.Tianjin Research & Design Institute of Chemical Industry ,Tianjin 300131，China;2.Hebei Provincial Consulting Center of Environmental Constructing and Monitoring Technology,Shijiazhuang 050051;3.Shanghai Bao Steel Co,Ltd,Shanghai 201900,China）Abstract: Crystallizer plays an essential part in continous caster, and is very important in safety production. To ensure safety of production line and quality of continous caster, water treatment as well as qulified supply of water is needed. Based on different processes and water quality, TS water treatment agents and technology were developed. After being applied on several sets of crystallizer circulating water treatment systems, TS agents were found to be of good performance and to ensure the safety of crystallizer.Keywords: Continous Casting; water cooling crystallizer; fouling; water quality stablization, water treatment铸钢是钢生产过程的重要环节之一，是衔接炼钢和轧钢之间的一个特殊作业。随着对钢材量和种类需求量，以及炼钢产能的提高，连铸生产线被普遍采用。连铸是将钢液注入水冷结晶器内，连续获得铸坯的过程。水冷结晶器是连铸生产非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模。它在连铸生产中起着重要作用：使钢液逐渐凝固成所需规格、形状的坯壳；通过结晶器的振动，使坯壳脱离结晶器壁而不被拉断和漏钢；通过调整结晶器参数，使铸坯不产生脱方、鼓肚和裂纹等缺陷；保证坯壳稳定均匀地生长。正是由于结晶器的重要作用，使其被称为连铸设备的“心脏”。结晶器运行的好坏，直接关系着连铸生产能否正常运行、能否生产出合格的铸坯。影响结晶器运行的因素很多：结晶器壁的导热性能和水冷条件、结晶器壁与坯壳的摩擦力、结晶器的刚性和再结晶温度、结晶器振动时产生的惯性等。在连铸生产线已确定的情况下，结晶器壁的导热性和水冷效果是决定结晶器正常生产最重要的因素之一。设置合理的供水系统、水量和水压，提供合格的供水水质和合理的水质稳定处理，防止在结晶器壁结垢是保证结晶器良好导热性和水冷效果的重要措施，也是保证结晶器安全、稳定、正常运行的关键1-3。1 连铸结晶器循环水系统1.1 结晶器及设备冷却水水质要求关于结晶器等间接冷却的供水水质，一般有两种意见：以德国为代表的西欧国家认为软水为好；而日本则习惯采用一般工业水。采用软水还是工业水，应根据结晶器构造对结垢的敏感程度和工业水的硬度情况经技术比较后确定。为解决结晶器的结垢问题，各企业均制定了严格的供水水质标准。表1-1和表1-2是某大型钢厂连铸结晶器循环冷却水系统水质控制指标。表1-1 采用纯水系统的水质控制指标pH电导率/Scm-1浊度/mgL-1M-A/mmolL-1Cl-/mgL-1Ca2+/mgL-1T-Fe/mgL-18.010.0150015.020.0100.010.01.0表1-2 采用一般工业水系统的水质控制指标pH电导率/Scm -1浊度/mgL-1SS/mgL-1Cl-/mgL-1总硬/mgL-1T-Fe/mgL-17.0-8.5750.020.020.0100.0250.01.51.2结晶器循环水系统工艺流程补充水脱氧罐水 箱氮封罐脱氧罐板式换热器或空冷器过滤器图1-1 密闭式纯水系统简易流程图结晶器冷水池工业水或软化水热水池图1-2 敞开式循环水系统简易流程图根据目前结晶器循环水系统采用水源不同，大致有以下三种情况：(1)软水（纯水）闭路循环系统，用板式换热器或空冷器对密闭循环水进行冷却。大型连铸生产线，多采用这种流程。工艺流程见图1-1。（2）软水敞开式循环系统，用开放式冷却塔冷却。（3）敞开式工业水循环系统，以工业水为水源，用开放式冷却塔冷却。敞开式循环水系统工艺流程见图1-2。后两种流程多见于工业水硬度、碱度较低的地区或小型连铸生产线。2.结晶器冷却水系统故障对铸坯质量的影响结晶器的传热是铸坯冷却、凝固过程中最重要的环节，和其它循环冷却水系统一样，结晶器循环水系统在运行过程中同样存在腐蚀、结垢和微生物繁殖的问题。结晶器钢液面附近水侧壁温很高（最高温度达100150 )，容易造成结垢，严重影响结晶器铜壁的传热。使钢液在结晶其中无法形成强度较大的坯壳，不可避免形成裂纹或“鼓肚”，造成废坯或缺陷坯，甚至产生“漏钢”现象3。因此，合格的水质、良好的水处理是保证生产出合格连铸坯的必要条件。目前，行之有效且应用最多的处理方法就是采用化学药剂的水质稳定处理。3.水质稳定剂在结晶器冷却水系统中的应用水质稳定剂的使用可以降低金属腐蚀速率、抑制结垢、控制微生物的繁殖，提高设备使用寿命、稳定水质、保障生产。针对不同工艺流程和水质的结晶器循环水系统，我们研究出了对应的处理方案和配套水质稳定剂，在不同连铸生产线上应用后，取得了良好的水处理效果。3.1 纯水或软化水密闭系统由于软水或纯水脱除了水中的成垢因子，降低了循环水结垢倾向；在密闭系统中，为减少补充水与空气接触的几率，还设置了氮封系统，有的系统还设置有脱氧罐，减少了循环水与空气接触的机会和溶解氧浓度；但系统仍然存在严重的腐蚀倾向。腐蚀产物在结晶器表面的附着，也会形成很大的热阻。此类系统对金属腐蚀较为敏感，需重点解决碳钢设备的腐蚀、微生物的繁殖和腐蚀产物在结晶器上的附着。以钼酸盐为主的氧化膜型缓蚀剂TS-2103和有机硫类非氧化性杀菌剂TS-8801是适用于纯水或软水密闭系统的水处理剂，在多家企业纯水和软水系统投入使用，取得良好的效果。表3-1及图3-1是某大型钢铁公司结晶器软水密闭循环冷却水系统使用这两种药剂后的水质变化及处理效果。表3-1 某大板坯结晶器软水密闭系统循环水系统处理效果pH电导率/Scm-1浊度/ mgL-1Cl-/mgL-总硬度/mgL-1T-Fe/mgL-1TGB/个ml-1腐蚀速率/mma-1处理前7.2105108158.053.8520-303106-1090.35处理后9.0-10.032800.1158.053.51.011030.0012图3-1 某大板坯结晶器处理后效果图3-2 某小方坯结晶器以前情况图3-3 某小方坯结晶器现在情况由表3-1循环水水质变化情况可以看出：该系统以前腐蚀严重，水中总铁很高，达到2030 mgL-1；循环水呈深黄色；细菌繁殖严重，最高达到109个ml-1。使用缓蚀剂TS-2103和杀菌剂TS-8801处理后，金属腐蚀得到很好控制，总铁一直维持在1.0 mgL-1以下，细菌在102以下。从图3-1结晶器铜板来看，采用缓蚀剂TS-2103和杀菌剂TS-8801处理后结晶器铜板表面光洁无垢，呈金属本色，阻垢效果良好。3.2 敞开式工业水循环系统腐蚀、结垢和微生物繁殖是此类系统的主要故障，结晶器对于结垢问题尤为敏感。结垢和微生物的繁殖是此类系统需重点解决的问题。缓蚀阻垢剂TS-2231由有机膦酸盐、聚合物等复合而成，是针对敞开式工业水系统的水处理剂，与TS-8108氧化性杀菌剂和TS-8809非氧化性杀菌剂配套，在华北某小方坯结晶器敞开式（工业水）循环水系统中使用，在方案确定的浓缩倍数条件下运行，系统腐蚀、结垢及微生物繁殖得到很好控制。表3-2、图3-2及图3-3为该连铸生产线采用TS-2231的水质变化及处理效果。表3-2 华北某小方坯结晶器敞开式工业循环水系统处理处理效果pH电导率/us总碱/mmoll-1Cl-/mgL-1Ca2+ /mgL-1T-Fe/mgL-1腐蚀速率/mma-1TGB/个mL-1 补充水7.94702.886.3857.240.1-处理前循环水8.28204.4810.7261.31.20.08-0.11107处理后循环水8.912306.1811.0599.70.60.023-0.041104本结晶器循环冷却水系统以前采用国内一家公司提供的的水处理药剂和方案，每1015天打开一次结晶器铜套，在铜套与水接触的表面有坚硬的水垢（见图3-2），严重时曾出现漏钢现象；使用TS-2231及配套杀菌剂后，结晶器的结垢情况得到改善，循环水中的微生物得以控制；铜套外表面只有很小面积一层薄薄的软垢，用手可以轻易擦掉（见图3-3）。3.3 敞开式软化水循环系统在敞开式系统中，循环水在冷却塔中与空气接触“充分”，空气中的氧气和尘埃被带入水中；另外，循环水系统存在着蒸发浓缩，水中残留的成垢离子也会浓缩至结晶析出的浓度。因此存在腐蚀和微生物繁殖的主要问题；在过渡浓缩的情况下，同样存在结垢故障。 碳钢腐蚀、微生物繁殖及悬浮物、腐蚀产物在结晶器部位的附着是此类系统重点解决的问题。由有机膦、硼酸盐、高分子聚合物和唑类等复合而成的缓蚀阻垢剂TS-2360，是针对敞开式软化水系统的水处理剂，与氧化性杀菌剂TS-8108和非氧化性杀菌剂TS-8809配套，在某小方坯结晶器软化水敞开式循环水系统中使用，系统腐蚀、结垢及微生物繁殖得到很好控制。表3-3该系统处理前后水质变化及处理效果。由表3-3水质数据可以看出：在使用缓蚀阻垢剂TS-2360后，金属腐蚀腐蚀速率及循环水中总铁大大降低；配套杀菌剂的使用，循环水中微生物的繁殖得到很好控制。表3-3 某小方坯结晶器软化水敞开式循环水系统处理效果pH电导率/uscm-1总碱/mmoll-1Cl-/mgL-1总硬/mgL-1T-Fe/mgL-1腐蚀速率/mma-1TGB/个mL-1补充水7.11502.5125.34.00.3-处理前循环水7.55606.55108.515.04.20.25-0.351106处理后循环水8.57208.0150.125.60.70.03-0.0511034结论 1）结晶器是连铸机重要的部件，应具备良好的导热性。 2）腐蚀产物、垢物等在结晶器上的附着，产生较大的热阻，容易影响结晶器的安全运行和铸坯的质量。3）合格的供水水质和优良的水