连铸结晶器冷却水系统水质稳定运行
孙建萍蔡俊
（方大特钢科技股份有限公司生产指挥中心投资发展部，南昌 330012）
摘要对连铸结晶器软水循环使用过程中出现的问题，分析了问题产生的原因，讨论了软化水易腐蚀的机理，并针对软水系统的特点提出了稳定运行的对策。
关键词冷却水腐蚀水质稳定
Cooling Water System Makes Water Quality Stable
Operation for Crystallization Equipments of CC
Sun Jianping Cai Jun
（Fangda specially steels science and technology Co., Ltd.,
Produce a commanding center ,Invest a development department, Nanchang, 330012）
Abstract Exist a problem towards CC soften water circle being used in the process, analyzed the reason of problem creation, mechanism of discussed to soften water to easily corrosion, and according to the characteristics of soften water system put forward the counter plan of stable movement.
Key wordd cooling water, corrosion, water quality, stabilization
0号连铸机是公司为生产品种钢、优特钢坯而建设的新项目，该项目自2010年5月建成并投用后，由于设备调试、新钢种研发等原因，设备一直开开停停，结晶器冷却水水质也不能保持长期稳定，水质不稳定直接影响结晶机的冷却效果，严重时甚至会引起连铸坯表面质量问题，因此，做好该系统的水质稳定工作非常重要。
1 连铸结晶器冷却水的冷却工艺
连铸过程是用强制水冷使1000多度的钢水凝固的过程，其中连铸结晶器的传热是铸坯冷却凝固过程中最重要的环节，连铸结晶器冷却水工艺流程如图1所示。
图1 连铸结晶器冷却水工艺流程
孙建萍，女，江西南昌，工程师，环境工程专业，sjp70@126com
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
2 水质波动原因分析
公司结晶机冷却水在停产检修恢复使用初期及生产过程中均发生过波动，波动时目视水质偏黄，水样浑浊，每当结晶机冷却水出现变黄浑浊时，生产的连铸坯容易出现表面质量问题，系统换水后问题消失，表1是生产过程中出现的一次水质波动时的监测情况。
表1 水质监测情况
项目 pH
硬度
/mg ·L -1
碱度/mg ·L
-1
浊度/NTU
铁/mg/L
电导率
/μS ·cm -1
Cl - /mg ·L -1
Ca 2+ /mg ·L -1
水质波动前 7.3 6.0 0.58 1.3 未检出 470 22.0 3.2 水质波动时
7.6 24.0
0.74
31.9 1.968
411
14.0 3.2
当水质发生波动当天早班0号连铸机生产的连铸坯低倍样检测均出现明显角部裂纹。从对水质监测中数
据可知水质波动时铁离子、浊度、硬度升高较快，水质呈现淡黄色，系统已产生腐蚀，对产生腐蚀的原因进行分析：
2.1 对水质稳定性的判定
首先对冷却水的水质进行分析，对水质的腐蚀与结垢倾向作出判断，常用的方法是稳定指数法。 稳定指数的计算方法： SI=2PHs —PH
其中：PHs=9.3+A+B-C-D 上式中：A ——总溶固系数； B ——温度系数； C ——钙硬系数； D
——碱度系数。
取0号连铸机结晶机冷却水分析。
pH ：7.7，硬度：16mg/L ，总碱度：61mg/L ，总溶解固体：238mg/L,水温36.5℃。通过稳定指定指标计算。查表得：总溶固系数：238——0.13 温度系数：36.5℃——1.8 钙硬系数：16——0.8
碱度系数：61——1.8
稳定指数SI=2PHs —PH=2×(9.3+0.13+1.8-0.8-1.8)—7.7=9.56
通过计算得知水质稳定指数9.56属严重腐蚀倾向水质（当SI ＞7.5即为严重腐蚀倾向）。
2.2 产生水质波动的原因分析
2.2.1 软化水水质影响
软水对设备的碳钢内表面的腐蚀性很强，主要原因是软水中，钙镁离子的基本去除，水质不结垢但却具有腐蚀性。
2.2.2 氯离子影响
氯离子是引起水质腐蚀性的催化剂，能强烈地推动和促进金属表面电子的交换反应，它容易优先吸附于金属表面，特别是在金属表面成膜有缺陷或薄弱处或有缝隙的地方及应力集中的小孔处理密集并发生反应：
2.2.3 盐浓度
当采用钠离子罐工艺制备软水时，虽然水的硬度能达到指标要求，但总的含盐量不变，水中盐浓度高，
2C l －+Fe 2+ FeCl 2
连铸结晶器冷却水系统水质稳定运行
水体的电导率也高，所发生电化学腐蚀也会快。
2.2.4 溶解氧的影响
在循环水中溶解氧对金属的腐蚀起着重要的作用，在腐蚀金属的表面它起着阴极去极化剂的作用，促进金属的腐蚀，即使在氧浓度很低的情况下，也能引起严重的腐蚀。产生的反应如下：
2.2.5 设备不连续运行的影响
当加入缓蚀剂后，在金属的表面同时发生吸附与脱附现象，设备连续运行时缓冲剂达到一定浓度时，这种反应保持在一种有利于吸附的状态，在碳钢的表面形成保护膜，当设备停机时这种平衡被破动，另一种作用占主导地位，腐蚀发生。
3 稳定水质的对策
3.1 选择合适的缓蚀剂
投入缓蚀剂能有效抑制腐蚀，软水闭路缓蚀剂主要有硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、有机铵、钼酸盐等等，由于结晶机冷却水属于热流密度高及局部过热循环冷却水，针对系统的工艺条件、系统参数及运行状况，选用钼酸盐配方的缓蚀剂，该缓蚀剂是一种阳极氧化膜型缓蚀剂，它的缓蚀原理是碳钢受到腐蚀时，在铁阳极上生成亚铁离子（Fe2+）进入溶液中，在氧的作用下，亚铁离子氧化成高铁离子（Fe3+）并快速的与钼酸盐阴离子形成络合物附着在碳钢表面，起着抗腐蚀的作用，反应如下：
反应生成的[Fe-MoO4-Fe2O3]是一种具有防腐蚀性能的钝化膜，是坚韧而透明的，并且不溶于中性和碱性水，耐高温、高氯、高硫酸根，在pH值6.5~9.5的范围内效果较好。
3.2 钝化
钼酸盐缓蚀剂的优点是能在较高温度下抑制腐蚀，缺点是该类阳极缓蚀剂，在药剂浓度低时发挥不了作用，有的情况还会促进腐蚀。当冷却水系统出现水质总铁含量偏高、水变黄现象时，说明系统已受到腐蚀应实施钝化处理。
钝化处理是通过投加大剂量的缓蚀剂，在水中形成高浓度的钼酸盐离子与所接触的碳钢作用，在碳钢表面生成一层3~30nm的钝化膜，保护系统不受腐蚀，钝化时系统的内的药剂浓度应达到1000ppm，当监测挂片上形成坚韧透明的钝化膜时钝化完成。
3.3 钝化膜的维持
虽然形成的钝化膜能起到防止腐蚀的作用，但氧化膜型缓蚀剂在成膜过程中会被消耗掉，成膜后仍需加入药剂来修补破坏的氧化膜，氯离子、高温度及高的水流速度都会破坏氧化膜，因此日常运行中应连续投加缓蚀剂，投加量需使药剂浓度维持在200 ppm，即可达到修复氧化膜防止腐蚀的作用，每日监测循环水中铁离子的变化可以掌握钝化膜的维持情况。
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
3.4 科学的系统管理
3.4.1 稳定补充水质
补充水会将空气中的灰尘、粉尘、孢子等悬浮固体被带入冷却水中，因此需对水质进行控制，凡是超标的水质，一定要经过絮凝沉淀去除水中的悬浮颗粒物。当补水中浊度小于20NTU，系统的水质较稳定。
3.4.2 循环水系统补充水量的管理
根据循环水系统水量的排污与流失科学的补水，能提高水质的稳定效果。随意的排污，不仅浪费水资源、药剂消耗增加，而且还会加剧设备腐蚀。
3.4.3 做好旁滤
系统运行的过程中由补水带入盐类、颗粒物在系统内累积，它们使循环水浊度等指标污染物超出允许值，因此须设旁滤设施，对循环冷却水进行旁流过滤处理，以保证循环冷却水中浊度、铁离子等含量指标保持在规定范围内，保持换热管壁干净。当旁滤量在3~5%时间，水中的浊度可控制在10 NTU以内。
3.4.4 控制微生物
冷却水中由补水带入的微生物会在冷却水中大量繁殖形成粘泥，投加杀菌灭藻剂可以控制循环水系统菌藻滋生及粘泥危害。水中90%的是异氧菌，当投加杀菌灭藻剂后，异养菌数监控值应小于1×105个/mL。
3.5 对系统的化学处理做好日常监控与总结
监控是实行科学管理的重要环节，做好监控保证水质稳定处理是最关键的工作，没有监控水质稳定就无从做起。
3.5.1 水质分析
应对原水、补充水及循环水每天进行分析，及时发现水质超出控制标准时能及时查找原因并采取应对措施，同时还可以积累历史数据进行分析，总结运行的效果查找系统性问题。
3.5.2 挂片
在水池或在循环水管旁路上设置挂片，运行一段时间后取出，测定它的腐蚀速度来监测药剂的效果，要求碳钢的腐蚀速率小于0.075mm/a，铜与不锈钢的腐蚀速率小于0.005mm/a。
3.5.3 利用检修全面检查
由于挂片不带换热面，对生产设备的模拟性较差。检修期间才是检验水质处理效果的极好机会，水冷却器拆开之后，运行效果最直接。检查之后应结合全年运行的监测数据进行总结，作为下一年度调整配方及运行条件的参考资料。
4 结语
通过完善过滤设施、每日监测水质、科学投加药剂等方式对连铸结晶器冷却水水质系统管理，目前水质每日监测的数据中各项指标均保持稳定，一个月以来浊度保持在7.3~15.4 NTU，铁离子保持在0.49~0.79 mg/L，期间未发生因水质波动影响产品质量的问题，循环水系统已能保持稳定运行。
参考文献
[1] 王绍文等. 钢铁工业废水资源回用技术与应用. 北京：冶金工业出版社，2008年.
[2] 金明柏. 水处理系统设计实务. 北京：中国电力出版社，2010.
[3] 祁鲁梁等.冷却水处理技术和管理问答. 北京：中国石化出版社，2010.
[4] GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》. 建设部与质量监督检验检疫总局联合发布.
连铸结晶器冷却水系统水质稳定运行
作者：孙建萍， 蔡俊
作者单位：方大特钢科技股份有限公司 生产指挥中心 投资发展部,南昌 330012本文链接：https://www.doczj.com/doc/6816182821.html,/Conference_7567749.aspx