连铸二冷水喷嘴堵塞原因分析与对策(武钢)

连铸二冷水喷嘴堵塞原因分析与对策

武汉钢铁(集团)公司李英俞琴

摘要：炼钢连铸二冷水水质问题引起喷嘴堵塞。造成铸坯表面裂纹。以昆钢三炼钢板坯连铸机二冷水喷嘴堵塞现状为例，从水处理工艺、水源、水质及运行管理等方面进行分析。找出二冷水喷嘴堵塞的原因各影响因素。提出相应整改据施。关键词：昆钢连铸二冷水喷嘴堵塞原因分析对策措施昆钢三炼钢厂板坯连铸机，因连铸喷淋水喷嘴堵塞速度快、面积大，严重影响铸机生产和板坯质量。武钢工艺优化品种结构小组邀请了武钢能源动力公司供水厂相关专业技术人员，对昆钢三炼钢板坯连铸机二次冷却水系统进行调查，从水系统工艺、水源、水质及运行管理等方面进行分析，找出二冷水喷嘴堵塞的原因和影响因素，提出相应整改措施。1 现场调查1．1 喷嘴堵塞现状昆钢三炼钢板坯连铸机扇型段分为8区12段，各种直径的喷嘴有665个。生产过程中，喷嘴堵塞现象十分频繁，在铸机开浇很短时间内，喷嘴被堵个数达100多个，被迫更换喷嘴后不久，又会有大面积喷嘴出水呈线状直至喷嘴堵塞，造成的后果是板坯表面出现裂纹。1．2 水处理运行现状从各种运行记录得知，目前板坯连铸二冷水处理各个工序处于正常运行状态，经化学除油器处理后的水质达到且优于设计标准要求。水处理站各项制度比较健全，水质分析、水处理药剂、水处理运行等参数都有较全面记录。1．3 板坯连铸机二次冷却水系统工艺流程三炼钢扩建时，因受场地等条件限制，板坯连铸机二次冷却水未形成独立的水处理系统，而是并入热轧的浊环水系统。板坯连铸机设计供水量520 m3／h，板带轧机设计供水量2339 m3／h，系统容积估算约8000～10000 m3，补充水量设计为120 m3／h，系统实际补水量极少。因有外来水进入本系统，水的循环率无准确数据。板坯连铸二冷水是敞开式浊循环水。供出的水与铸机铸坯直接接触，铸坯、铸机表面大量氧化铁皮、润滑油、水乙二醇随水回到水站进行处理。用户回水进入旋流沉淀池，去除大颗粒氧化铁皮后，进入化学除油器，通过投加混凝剂、絮凝剂，可去除水中大部分细小的氧化铁皮和油。设计出水悬浮物p(SS)≤30 mg／L，p(油)≤10mg／L。在冷水井处，通过投加水质稳定剂，防止系统腐蚀与结垢。化学除油器底部污泥抽送至浓缩池，经浓缩后外运。水处理主要任务以降温、降浊、除油为主。1．4 用水制度水站开停泵由板坯连铸机开停决定，即开机开泵、停机停泵方式。1．5 水质现状针对二冷水目前现状，对系统水质及补充水水源、情况进行了解，将各项水质数据进行对比分析。根据水质分析数据判断板坯连铸二冷水水质特征如下： 1)高含盐量，高硬度水。电导率偏高，补充水中电导率为540～880μs ／cm，循环水中电导率平均值为1920．71μs／cm，有时超过2800μs／cm，是补充水的3倍之多。总硬度值平均为4．05mol／L，其中p(C a2+)均值为107．57mg／L，p(M2+)均值为32．79 mg／L，氯化物质量密度均值为343．28 mg／L，最高达521．26 mg/L。2)高浊度低悬浮物。从分析数据可知，经处理后的二冷水悬浮物含量(质量密度)均低于标准要求(≤30mg／L)，平均值为11．64 mg／I。，但水中浊度平均值为24．59 NTU。此种现象表明，水中有很多小而均匀分布胶体状物质。1．6水源水现状作为昆钢生产用水水源有两路，一路为净化站水源，该水源取自螳螂川；另一路为昆钢污水处理站，该水站汇集厂区4、5、6号排水干道回水。据了解，炼钢4、5号转炉烟气洗涤水进入此排水干道。所排污水经简单絮凝沉淀降浊(未经过滤)处理后，主要供炼钢、轧钢生产用水。由分析数据可知，两路水源经过絮凝沉淀后，只是除去水中悬浮物，水中的含盐量处于一个较高的浓度水平，大量的微生物和藻类物质均无法去除。1．7 堵塞物组分分析由现场被堵塞喷嘴表观可见，堵塞物呈黑色油泥细小颗粒状，有少数喷嘴有灰白色坚固附着物。由分析结果可知，堵塞物主要以氧化亚铁为主，可判定主要来自水中悬浮物。通过现场对进入铸机前200目机械过滤器前后水样观察，经过静置后水中明显可见沉淀物(刚取样时未见明显沉淀物)。1．8 轧制油、水乙二醇使用情况板坯连铸二冷水是敞开式浊循环水，用后的水中含有大量的轧制油、水乙二醇，被高温乳化后的油及水乙二醇完全溶于水中。现有分析方法很难检测到其含量。从水质分析结果可知，水中悬浮物不高，浊度较高时，初步判断为乳化状的油及水乙二醇。据了解，炼钢板坯连铸机生产线每月使用2～3桶轧制油，热轧生产线每月正常时使用水乙二醇有2～3桶，个别时有5桶之多，这两条生产线平均每月约有5桶(900 kg)润滑油进人到水中，有时会更多。随着时间的推移，水乙二醇和乳化油的积累会更多。1．9 水质稳定方案实施情况热轧浊环水现场实施了水质稳定技术方案，浊环水系统分别投加了阻垢缓蚀剂MS6201、聚合分散剂PY5204、杀菌灭藻剂NX ll00。2 原因分析二次冷却是连铸生产的重要环节，是使连铸坯离开结晶器后接受连续冷却直至完全凝固的过程。其一，实现连铸坯在尽可能短的时间内凝固完毕，以提高连铸机的生产力；其二，控制铸坯表面温度波动范围最小，以获得良好的坯内、外部质量。铸坯在二次冷却过程中，将其凝固潜热全部释放出来，才能完成铸坯凝固。而铸坯的中心热量除了通过铸坯的辐射方式带走，更主要是靠喷淋到铸坯表面的水滴的蒸发和升温而带走，影响二次冷却效果的是喷淋冷却水。然而，水滴速度决定了水滴能否穿透滞留在铸坯表面的蒸气膜而打到铸坯表面。水滴的直径越小，雾化程度就越好，其传热效率就越高，铸坯表面温度越均匀。当喷嘴被堵时，使铸坯表面有的部位温度急剧下降，有的部位温度大幅回升，这种铸坯温度的下降和回升，温差可高达数百摄氏度，最终造成铸坯表面裂纹。造成板坯连铸机二冷水喷嘴堵塞原因有以下几个方面。2．1 浊环水水处理工艺设施缺陷热

轧浊环水水处理站同时供热轧轧机和炼钢板坯连铸机生产用水。热轧轧机和炼钢板坯连铸机生产用水的要求明显不同，从用水量、喷嘴大小、水的压力要求等方面，连铸机用水量、水压、喷嘴直径比热轧轧机生产线都要小，因此对水质的要求要高。目前水处理工艺除油降浊采用絮凝沉淀方式，缺少过滤环节，水中细小的悬浮颗粒在后面行程中会进一步集聚，特别是停机时会沉积在管道和水池中，一旦开机送水，这些沉积物被冲击送出。2．2 用水制度不合理停机停泵、开机开泵的用水制度造成水站开停泵频次非常高。据2008年2月份运行数据统计，共开停水泵12次，有时1天内2～3次，频繁开停水泵，势必将管道沉积的悬浮物随着水的冲力被带动，进入喷嘴处被拦截，这就是每次铸机开机短时间内大量喷嘴被堵的原因。2．3 系统水乳化油含量高水中的乳化油和水乙二醇的大量存在为油泥形成创造条件。水乙二醇为有机物，于水中可全溶，物理方式很难与水分离，其颗粒度小，表面积大，很容易吸附细小的氧化铁皮粉末，即黑色素黏泥状。通过测定水中COD含量，可判断水中水乙二醇含量高低。取板坯连铸机过滤器进、出口水样，交昆钢技术中心化验，分析结果CO D含量分别为43．92、41．92 mg／L，可判断水中水乙二醇含量较高(该系统水中CO D含量一般10 mg/L以内)。2．4 用水标准要求的差异板坯连铸机的用水为浊环水，但所需水质要求不比净环水水质要求低。目前热轧浊环水标准悬浮物p(SS)≤30mg／L、p(油)≤10mg／L。的标准不能满足板坯连铸机的用水要求。特别是生产品种钢时，水质要求更高。虽然目前供出水水质悬浮物、油含量均控制在现标准范围内，但浊度偏高，水中乳化油无法检出，实际含量较高。2．5 补充水水质问题昆钢目前2路水源水质均不太理想，主要表现在含盐量高，pH值不稳定。这些都是目前水站现处理工艺不能解决的问题。从分析数据和现场情况可知，该水未经循环就有明显的结垢趋势，这也给后续各循环水系统用水带来潜在压力。3 对策措施3．1 近期整改措施3．1．1 完善浊环水水处理工艺系统水质应提高标准要求，悬浮物p(SS)≤10 m g/L、p(油)≤2mg/L。为此，应考虑在浊循环水处理化学除油器后增加砂过滤器装置。 1)方案1：全过滤方案即按目前热轧浊环水现供水量为3000 m3／h考虑，增设8台单台处理能力为400 m3／h的砂过滤器，这样既为板坯连铸机用水提供保证，同时也考虑热轧生产今后产品变化对水质新的要求。2)方案2：部分过滤方案只考虑板坯连铸机二冷水用水要求，按500 m3／h的水量考虑，在化学除油器后增加2台单台处理能力为400 m3／h的砂过滤器、一座200～300 m3容积的吸水井及相关的水泵。如果条件允许，建议实施方案1。3．1．2 调整供水运行方式，制定合理用水制度执行停机不停水的用水制度。可考虑在板坯连铸机二冷水干管尾部增设回水阀，为板坯连铸机短时间停机不停水创造条件，同时建议采用变频方式供水，达到稳定运行、节能效果。建立清洗制度，凡连铸机开机前，必须将扇形段冷却水管冲洗干净后，再安装喷嘴。3．1．3 管道清洗利用月停产检修时间，对管道进行清洗或酸洗。3-2 综合治理措施3．2．1 建立水处理系统停机月检制度因水处理冷却塔、吸水井、化学除油器及管道等工艺环节是否处于良好状态，对水质影响很大，建议考虑安排月定检制度，以便有清扫和清洗冷却塔、吸水井及管道条件。3．2．2 加强非水质因素的监控加强轧机、铸机润滑油设备维护管理，制定用油管理制度及管理办法，减少漏油现象。探究监测水中液压油含量的方法。3．2．3 考虑水源水质深度处理考虑炼钢4、5号转炉烟气洗涤水实现自身水循环，减少排入污水处理厂废水量。提升水源水处理水平，考虑水深度处理，如增设杀菌、过滤装置、反渗透除盐技术的应用。提高水源水的质量。3．2．4 对水质稳定方案效果予以论证对现用水水质稳定药剂配方进行验证试验，确定科学有效的水质稳定方案。总之，随着炼钢品种的不断优化，连铸生产对喷淋水水质要求会越来越高，浊循环水水质与喷嘴大小密切相关，完全杜绝喷嘴堵塞是不现实的，但只要有合理的工艺条件，细致的运行管理，从各个环节人手，把可能影响水质的因素控制好，喷嘴堵塞现象将会有大大改善。4 效果自2008年4月，昆钢三炼钢厂板坯连铸机二冷水系统开始逐项实施整改措施，在板坯连铸机二冷水干管尾部增设回水阀，实现了板坯连铸机短时间停机不停水。炼钢4号、5号转炉烟气洗涤水实现自身水循环，减少排入污水处理厂污垢物，为水源水质量提供保证。建立了水处理系统定期冲洗、清扫、检修制度。这些措施实施后，大面积喷嘴堵塞现象不再发生，未发生因水质问题影响连铸生产和连铸产品质量的事件，特别是确保了品种钢生产的需求。系统水增设过滤装置正步人设计阶段，一旦实现水过滤工艺后，水质将得到更高的提升。