结晶器系统水处理方案的优化

吴氵勇涛,付维新,汪占鑫,李杨树

(上海洗霸科技股份有限公司,上海200437)

结晶器系统水处理方案的优化

吴氵勇涛,付维新,汪占鑫,李杨树

(上海洗霸科技股份有限公司,上海200437)

针对结晶器软水系统的具体情况，分析了系统稳定运行的影响因素，有针对性地提出了系统优化方案。方案经实施后，提高了水质以及结晶器铜管的过钢量，而且降低了铸坯的低倍角裂，提高了铸坯质量。

结晶器；软水；碱性水处理

1 引言

在连铸生产过程中，钢水经过结晶器冷却后，表面形成一层薄薄的坯壳，而内部仍是熔融状态，为后续连铸提供初成型铸坯。结晶器冷却效果的好坏，不但会影响结晶器铜板或铜管的使用寿命，而且会影响铸坯的质量。

2 系统概况

2.1 水处理工艺流程

方大特钢0#连铸机为五机五流式方坯连铸机，结晶器采用软水冷却，工艺流程较一般结晶器冷却水系统不同，具体见图1，系统为半敞开式间冷循环水系统，冷却水经使用后，通过蒸发空冷器进行冷却降温后送至冷水池，经提升泵加压并通过自清洗过滤器过滤后，再次供给结晶器冷却使用。循环水量600 m3/h，保有水量约350 m3。

图1 系统工艺流程

2.2 原有水质控制指标

2010～2011年原有水质控制指标如下：

pH:7～9

总硬度：≤20 mg/L

氯离子：≤200 mg/L

悬浮物：≤10 mg/L

总铁：≤1 mg/L

2.3 系统存在问题

①由于系统采用软水进行冷却，结垢离子较少，且系统为半敞开式，因此腐蚀倾向大，腐蚀较难控制。采用常规磷酸盐控制方案时，总铁在1.5 mg/L左右，碳钢腐蚀率1.05 mm/a；

②在连铸结晶器冷却水系统中，结晶器铜管为铜材质，系统供回水管道为碳钢材质，由于铜与碳钢腐蚀电位不同，当两者相互接触或者通过有电导率的冷却水相连时，则该电位差会驱使电子在它们之间流动，从而形成腐蚀电池，对碳钢产生腐蚀，一般较易发生在两者接触的地方。

③系统的换热量较高，水质控制不当，在结晶器铜管表面易生成垢类物质，影响换热效果，且影响铸坯质量及铜管使用寿命。

2.4 水质对生产的影响

当结晶器铜管结垢时，会使结晶器冷却效果不均匀或过弱，一方面使得结晶器内钢水凝壳厚度不均，因此产生的应力易引起微小角部裂纹；另一方面，铸坯表面温度反复变化而引起的多次相变，容易造成皮下裂纹。

3 原因分析

3.1 氧的去极化

方大0#连铸机结晶器冷却水系统由于不是全密闭，因此系统在运行过程中难免有氧气进入系统溶于水中，容易发生氧的去极化反应，促进腐蚀的发生。

当亚铁离子与氢氧根在水中相遇时，就会产生Fe(OH)2沉淀。如果水中的溶解氧充分，则Fe(OH)2会进一步氧化，生成FeOOH或Fe2O3；如果水中的溶解氧不充分，则进一步氧化成绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。

3.2 温度

结晶器冷却对象为钢水，温度高达1500℃以上，铜管水侧接近铜管表面的温度也高达80℃左右，一般来说，金属的腐蚀速率随着温度的升高而增大，如图2示[1]。

图2 温度对碳钢腐蚀速率的影响

由图2看见，无论敞开系统还是密闭系统，在0～80℃的范围内，碳钢的腐蚀速率随着温度的升高而增大。这主要是因为，随着温度的升高，溶解氧向碳钢表面的扩散速度增加，从而加速氧的去极化作用。但温度继续升高，敞开系统的的溶解氧由于溶解度的降低而逸出系统，从而降低了氧的去极化作用。

另外，在采用磷酸盐方案时，如若系统水质控制不当，造成系统总磷较高，则在系统高温部位容易生产磷酸钙垢，即结晶器铜管处容易出现结垢现象。

3.3 pH值

软水系统pH值对碳钢腐蚀影响见图3[1]。由图3可知，对于软水系统，当pH值大于10后，随着pH值的升高，碳钢腐蚀率下降明显。

图3 软水系统pH值对碳钢腐蚀率的影响

4 水处理优化方案

通过以上分析可以看出，系统的优化方案一方面要解决结垢问题，一方面也要解决系统腐蚀问题。

结垢一般是由于水中阴阳离子相互反应生成的沉积物，降低阴、阳离子任一方的浓度都有利于降低结垢趋势，因此新方案中进一步降低系统总硬度控制指标到小于等于10 mg/L（以碳酸钙计）。

由于碳钢材料可以通过提高pH值降低腐蚀速率，但如果pH过高，铁会溶解生成铁酸盐，不利于腐蚀控制，因此新方案将系统的日常运行pH提高到10～12的范围，以降低系统腐蚀倾向。

自2012年下半年开始，对系统的水质控制指标进行了调整，具体水质要求见表2。

2012年后新的水质控制指标如下：

pH:10～12

总硬度：≤10 mg/L

氯离子：≤200 mg/L

悬浮物：≤10 mg/L

总铁：≤1 mg/L

同时向系统中投加ECH-806缓蚀阻垢剂，由于药剂中含有硼酸盐，有利于氧在金属表面吸附而促进金属的钝化，且硼酸盐可以在金属表面氧化膜上吸附，使氧化膜进一步稳定和牢固，从而达到阳极缓蚀的效果，进一步强化系统缓蚀效果。

5 优化效果

通过对系统水质控制指标以及水处理药剂进行优化，并经一段时间运行后，达到了一定的改善效果：

（1）通过对结晶器供水管道打开检查，管道表面比较干净，无锈瘤；结晶器下线检查，表面无垢类物质生成；

（2）优化方案实施后，系统的总铁基本控制在小于0.5 mg/L的范围，碳钢腐蚀率小于0.04 mm/a；

（3）结晶器铜管的过钢量提升了65%；

（4）铸坯低倍样的合格率逐步提高，从50%提高到了90%以上，基本消除了低倍角裂现象，从而提高了铸坯的质量。

[1]周本省.工业水处理[M].北京：化学工业出版社，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

吴氵勇涛(1969-)，男，大学本科学历，工程师，现从事炼钢工艺及设备管理工作。