炼钢厂二冷水喷嘴堵塞原因分析及处理方法

凌杰+刘昭宁

摘  要：分析了炼钢厂连铸二冷水的水质波动情况，主要介绍了二冷水喷嘴被堵塞的原因和实用的解决方案，并探讨了该解决方案实施后的具体情况。

关键词：二冷水;喷嘴;全自动过滤装置;水质

中图分类号：TF341.6             文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.079

目前，某炼钢厂二冷水水质基本能够满足连铸生产工艺的要求，但是，存在喷嘴被堵塞的问题。喷嘴被堵塞会严重影响连铸产品质量的稳定性。在生产钢丝绳、钢绞线等质量控制严格的工业钢材时，问题尤为严重，它可能会影响一批钢材的质量。

1  二次冷却

二次冷却的目的是：①铸坯离开结晶器后，要不断冷却直到完全凝固，要尽可能在最短的时间内提高铸坯产量;②在实施二次冷却的过程中，铸坯的表面温度必须要在要求的范围内或者呈现较小的波动，这样才能保证铸坯内、外的质量。

2  喷嘴被堵塞

喷嘴被堵塞会使坯壳面冷却不均，易造成坯壳鼓肚的情况，部分位置还会因此产生铸坯内裂、角裂或边裂的情况。对那些对此十分敏感的高强度钢来说，很容易制出废品。同时，钢水在结晶器内仅能凝固20%，另外80%的钢水尚未凝固，且拉出的坯壳厚度仅20 mm左右;中心仍是高温钢水，静压力很大。如果喷嘴被堵塞，不能及时、连续地冷却从结晶器底部出来的坯壳，就会出现侧面鼓肚的情况，在较高拉速时，就会扯破坯壳，发生漏钢的现象。

经过比较和分析可知，造成二冷水不够的主要原因是喷嘴被堵塞，它发生的概率约占70%，而管子内过滤网被堵塞的概率约占28%，滤网强度不够或垫片冲入等发生的概率约占2%.由此可见，喷嘴堵塞是使产品出现质量问题的主要原因。

喷嘴被堵塞的污染源主要有：①长时间使用管道内钢件接头的过滤外壳形成的水垢。②在更换新喷水管的过程中残留的焊渣、铁销等。③由于格栅排管二次冷却水强有力的冲击，使得坯壳表面的保护渣反溅在喷嘴边缘，并逐渐向喷嘴中心发展，使得喷嘴水线无规则、颗粒增大、喷射角减小、流量变小。④由于铸机生产的钢种不同、断面不同，使用的水表不一样，喷嘴的使用数量也不一样，例如生产某些特殊敏感的钢种时，部分区域不配水，所以，在钢坯的高温烘烤下，内弧喷水管中的余水就会蒸发，在管内形成黄色的水垢，进而堵塞喷嘴。大量的保护渣在高温水汽的蒸发作用下窜入喷嘴，造成堵塞。同时，外弧喷水管仰角朝上，在喷嘴喷出的水的冲击作用下，大量的粉尘会随着热水进入喷嘴内部，堵塞喷嘴。

从以上造成喷嘴被堵塞的原因中可以看出，水垢和焊渣等积攒在二冷水中造成喷嘴被堵塞的情况约占90%.

从以上分析中可知，减少喷嘴被堵塞的主要方法是提高二冷水的水质，减少其中的结垢、杂质和水质中的悬浮物。

3  改造方法

在原有的高效浊水净化器的出水管道上，直接接入全自动过滤器，其出水仍然利用余压上冷却塔冷却的方法。

此次改造新增全过滤器装置1套，其处理能力为2 000 t/h，按照单台设备处理能力为400 t/h计算，需增加5台全过滤装置，总占地面积约为130 m2。利用浊环水热水池顶部和周边区域布置、建设全过滤装置，由于其离水泵房、水池都比较近，所以，相应减少了设备的投入和运行费用。

3.1  工艺流程

3.1.1  原工艺流程

原工艺流程如图1所示。

图1  原工艺流程图

为了降低运行成本，图1中的虚线部分的设备或设施并没有投入使用，但是，这不会影响二冷水的日常处理和水质的稳定性。

3.1.2  改造后工艺流程

改造后工艺流程如图2所示。

图2  改造后工艺流程图

图2中的虚线部分为新增的全过滤装置。新增全自动沙过滤器后，仍然沿用直接上塔的一级输送方式。这样做，不但节能效果显著，而且完全符合节能减排工作的要求。

3.2  现场布置和土建

从现场的实际情况看，全过滤装置共有5个400 m3的过滤器，且单台设备的运行载荷为100 t。经过全面考核，打算在热水池顶开洞，将过滤装置的支撑放置在池底基础上。经过原热水池设计人员的核算，热水池底板经过处理后，能满足新增全自动过滤器的载荷要求。将热水池底板对应在全自动砂滤器基础处，并处理其基础柱;对池底板进行化学植筋，并浇筑整个支柱，其基础柱高度高出顶板100 mm，并在顶部焊接钢板。

3.3  主要设备选型

全自动砂滤器：5台;单台处理水量：400 m?/h;进水：SS<50 mg/L;出水：SS<5 mg/L。

3.4  电气、自动化

在这套系统中，总装机功率为8 kW，清洗过滤器时，自动控制时间，每隔8～10 h清洗一次，每次清洗3～5 min。

4  改造后效果对比、分析

4.1  能源消耗分析

此次改造是在原二冷水处理系统中新增1套过滤装置。该处理装置的总装机功率较低，电力资源消耗较低。改造后，反冲洗废水送入旋流池重复利用，不存在水资源浪费的问题。同时，这种改造方法也不存在气体能源消耗的问题。

4.2  节能降耗措施

此次改造的全自动沙过滤器采用先进的工艺实行反冲洗，不需要设置返冲洗泵。

4.3  环境影响综合分析

自改造后的处理系统投产后，无固体废弃物产生，也没有造成大气污染。噪声符合厂区GBZ 2.2—2007《国家职业卫生标准》的要求——工作现场噪声限值为85 dB（A）。污水全部回收循环利用。

5  投资成本和效益

5.1  静态投资估算

静态投资重要包括以下几项：高速过滤器5台，26万元/台，合计130万元;管道、阀门和电气仪表10万元;土建20万元。三项总计160万元。

5.2  经济效益分析

经过调查了解，某炼钢厂连铸二冷水喷嘴基本需要两个月更换3次，每次更换1 000个左右，每次更换工作需要4～6个岗位工，耗时2～6 h不等（每个喷嘴的价格约为18元）。假设改善水质后，喷嘴的更换率变为一个半月更换1次，则每年可节省喷嘴更换费用18万元。

5.3  间接效益分析

喷嘴被堵塞会严重影响连铸产品的质量。在炼钢厂生产钢丝绳、钢绞线等质量控制严格的工业钢材时，问题尤为严重。喷嘴被堵塞会影响一批钢材的质量。此套全过滤装置采用的是石英砂滤，它主要的作用是深度过滤水中的悬浮物。增加了该套设备后，其主要目标是将水质中的悬浮物含量稳定在5 mg/L以内，从而改善二冷水的水质，降低喷嘴的堵塞率，延长喷嘴的更换周期。同时，使用了该设备后，降低了岗位工人的劳动强度，可将人员安排到更需要维护和保养的关键设备上，节省了人工开支。

6  结论

系统经过改造后，喷嘴可每一个半月更换1次，每年喷嘴的消耗费用从目前的基础上减少了18万元，并且有效减少了维修的频次，降低了维修人员的劳动强度，减少了设备保养工时，让员工将更多的精力投入到了其他关键设备的保养、维护工作中。由此可知，该改造技术是可行的，它不仅能够有效保证连铸坯的产品质量，还取得一定的经济效益。

参考文献

[1]刘建设.二次冷却水喷嘴堵塞的原因分析与对策[G]//中国金属学会连铸二冷技术交流会论文汇编.南京：中国金属学会连铸二冷技术交流会，2002.

[2]岑贞位.连铸二冷水水-气平衡分析[J].冶金设备，2003（2）.

〔编辑：白洁〕

Steelworks Two Cold Water Nozzle Clogging Reason Analysis and Treatment Methods

Ling Jie， Liu Zhaoning

Abstract： The steel mill caster secondary cooling water quality fluctuations， mainly introduced two cold water nozzle clogging causes and practical solutions， and discuss the specific situation of the solution implementation.

Key words： two cold water; nozzle; automatic filtration devices; water quality