循环水对冷却强度的影响

循环水对冷却强度的影响

1、对循环水质的要求:

1-1、对连续铸锭冷却用水的基本要求

(1)为了保证结晶器水路不生水垢和提高二次水冷强度，结晶器出口处的水温必须低于35℃。所以，冷却水的原始温度应愈低愈好．一般不应高于25℃。

(2)为了保证铸造时水量充足，冷却水的水压应保证不低于0.15～0.2MPa。

(3)冷却水中结垢物质的含量不大于100×10-6，即水的硬度不大于55mg(CaO)／L。

(4)冷却水最好保持中性，pH值为7～8，硫酸根含量小于400mg/L．磷酸根含量不大于2～3mg/L。

(5)悬浮物尽可能少，通常每升中不应大于100mg/L，且单个悬浮物的大小不大于1.4mm3，长度小于3mm，以保证结晶器水孔不被堵塞。

1-2、国家标准(GB50050-1995)

硬度(钙和镁浓度的表示方法)，虽然钙和镁都能引起结垢，钙却有特别的麻烦，因为某些钙盐在水中存在溶解度倒转现象。镁一般没有这个问题。除非水中硅的含量同时也很高，这样会引起硅酸镁在热交换器上的结垢。与大多数盐溶液温度越高溶解度越高的特性不同，温度越高，碳酸钙溶解度反而下降。

碱度(碱度表示中和酸的能力)，重碳酸盐一般代表测定的碱度的主要成份，虽然在特定条件下，碳酸钙和氢氧化物碱度也可能大量存在。碱度是预测碳酸钙结垢倾向的重要指标之一。

二氧化硅:能生成难于去除的水垢沉积物。如果硅含量（二氧化硅）超过150ppm，预处理或者旁滤是必要的手段。

总悬浮物(TSS，如淤泥、砂子、粘土、植物等组成。):和溶解性固体不同，不是所有的悬浮物都是通过补加水进入冷却循环水系统中的。一些悬浮物可能由腐蚀、结垢副产物

生成(由不溶物质，或者在空气与水接触时产生。悬浮物粘附在生物膜上，造成垢下腐蚀。

总悬浮物可以通过补加水预处理、旁流过滤或者加入分散剂（阻聚剂）来控制。

氨:是许多微生物的理想营养成份。它会促进热交换器和冷却塔填料上的生物膜形成和生长。它也对铜质合金有绝对的腐蚀作用（即使合金经过了化学药剂钝化处理）。有多个案例报道过，即使氨浓度在2.0ppm的极低水平，也造成了应力腐蚀而破裂。氨也会和氯离子一起生成氯胺，氯胺的杀菌效果是游离氯的1/10。氯胺极容易挥发，经过冷却塔时会从水中逸出，不会起到任何消毒作用。氨也会降低或抵消某些非氯化杀菌剂的效果，如戊二醛（氨存在的情况下，溴是比氯更有效的杀菌剂）。

磷酸盐:pH值控制在7.0~7.5而且有充足的分散剂条件下，磷酸盐浓度等于或小于4.0ppm时，可以不考虑它们的影响。因为在这个浓度范围内磷酸盐还可能对碳钢起到防腐的作用。磷酸盐是常见阳离子缓蚀剂（由于其含量会有所波动，为了防腐，回用水不应该作为唯一的冷却水补加水水源）。含量较高时（Ca2+大于100ppm和PO43+大于20ppm），在热交换器上有析出磷酸钙垢的危险，尤其是在热负荷高而流速低的情况下。因此，严密监测排污水是很有必要的。磷酸盐同时也是生物膜的养分。

氯离子:对大多数金属都有腐蚀性，特别是碳钢。对于不锈钢，氯离子浓度的上限是700ppm，但是对于其它金属这个限制可以高达1000ppm。

铁:在磷酸根存在的情况下必须考虑铁离子问题，它们会结合生成我们不希望的污染物。它会使阻止磷酸钙结垢的聚合物失去活性。回用水的铁离子浓度较高，一般为0.12~0.32ppm，铁离子浓度达到这一浓度就需要做特殊处理。

生物耗氧量(BOD):反映了微生物中有机物含量和控制生物污染所需要加入的氧化性杀菌剂的量。

硝酸盐和亚硝酸盐:冷却循环水中的含量在30mg/L以上时，对碳钢的腐蚀有额外的控制作用。对减轻不锈钢的破裂及孔蚀有贡献。硝酸盐对铜合金既没有腐蚀作用，也没有防腐作用。

锌:能够协助磷酸根和硝酸根降低碳钢腐蚀速率和孔蚀倾向。冷却水中含量在0.5ppm 以上是有益的，但是3.0mg/L会造成沉积结垢。

有机物:字面理解可以成为微生物的肥料。水溶性的阳离子聚合物会和某些阴离子杀菌剂发生反应，也会和某些水垢和缓蚀剂发生反应。

重金属(如Cu,Ni,和Pb):铜和镍会镀到钢材的表面，引起局部电化学腐蚀，这将导致钢制热交换器列管快速穿透。

氟化物:在10 ppm 或者更高情况下会和钙结合导致结垢

2、铸锭冷却速度的调控

连续铸造时，影响铸锭冷却速度的基本因素有四：一是冷却水的流量、流速和温度；二是结晶器的结构(高度、锥度、喷水孔角度、内套壁的厚度和材质)，尤其是结晶器有效高度；三是铸造速度；四是铸锭的表面状况。各冷却因素对铸锭表面传热系数的影响见下表。

注：此表数据为日本常川等人对1050和5182合金500mm×1570mm铸块的实验结果。见日本“轻金属”1996，3，132～137。

生产条件下，对于指定合金，结晶器的结构和即时水温通常都是固定的，因此，如果铸造速度不变，控制冷却水的流量或压力便是调节铸锭冷却速度的基本手段。

连续铸锭所需要的冷却水量理论上可按下式估算：

W=［C1（t3-t2）+L+C2(t2-t1)］/C(t5-t4)

式中，W—单位重量金属的耗水量，m3／t；

C1—金属在(t3-t2)温度区间内的平均比热容，kJ/kg·℃；

C2—金属在(t2-t1)温度区间内的平均比热容，kJ/kg·℃；

t1—金属最终冷却温度，℃；

t2—金属熔点，℃；

t3—进入结晶器的液体金属温度，℃；

t4—结晶器进水温度，℃；

t5—二次冷却水最终温度，℃；

C—水的比热容，kJ/kg·℃；

L—金属的熔化潜热，kJ/kg。

根据上式，如果假定冷却水的温升为15℃，则将金属从700℃冷却至60℃，每吨铸锭的耗水量约为18m3。实际上，在连续铸造过程中，由于三次冷却、铸锭敞露液面和铸锭本身散热的影响，以及铸锭经过二次冷却后的温度各不相同，冷却水的温升也不相同，因此，铸锭需要的实际冷却水量差别很大。根据合金和铸锭规格的不同，大致变动在7～20m3/t之间。

连续铸造时，实际耗水量也可按下式估算：

Q=μF√2gH

式中，Q—耗水量，m3/s;

μ—流量系数，按试验确定，通常取0.6；

F—出水孔总面积，m2；

g—重力加速度，m/s2；

H—结晶器入口处的水压，kPa。

在结晶器和供水系统的结构一定的条件下，冷却水的流量和流速是通过改变水压来控制和调节的。在确定铸锭冷却水压时，应遵循以下原则：

（1）扁铸锭铸造速度快，单位时间内凝固的金属量大，而铸锭冷却面对结晶面之比相对圆铸锭的为小，需要的冷却水量多(约为圆铸锭的3～4倍)，故水压通常比圆铸锭和空心铸锭的大。

（2）合金裂纹倾向性不一样，要求的冷却速度和冷却水量也不一样，故水压大小也各不相同。在铸锭规格相同的情况下，冷却水压按1000系合金→3000系和6000系合金→2000系合金→高成分5000系合金→高成分7000系合金的次序递减。但扁铸锭小面水压以硬铝型合金最大，以消除侧面冷裂纹；以Al-Zn-Mg-Cu系最小，以消除热裂纹。

（3）对于同一合金，铸锭规格愈大，则水压愈小，以降低裂纹倾向性。但是，对于软合金和裂纹倾向性较小的合金，也可随规格增大而增大水压，以保证获得良好的铸态性能。

（4）采用自来水作冷却水时，由于水温一般比循环水的低，故应适当降低水压。采用循环水作冷却水时，不同合金规格铸锭的冷却水压参见本章第五节连续铸锭工艺。