李和平,楊燦軍

(湖南華菱漣源鋼鐵有限公司生產(chǎn)管理部,湖南婁底 417009）

1 概述

結(jié)晶器傳熱狀態(tài)的好壞直接影響鑄坯生產(chǎn)和質(zhì)量。據(jù)資料介紹利用保護(hù)渣澆注的結(jié)晶器上部區(qū)域內(nèi)和冷卻水接觸的銅壁溫度一般65～95℃，鋼液面附近水側(cè)壁溫高達(dá)100～150℃，冷卻水運(yùn)行要防止產(chǎn)生膜沸騰。結(jié)晶器結(jié)垢和微生物的繁殖是需重點(diǎn)解決的問(wèn)題。設(shè)置合理的供水系統(tǒng)，提供合格的供水水質(zhì)和合理的水質(zhì)穩(wěn)定處理，防止在結(jié)晶器銅管結(jié)垢是保證結(jié)晶器良好導(dǎo)熱性和水冷效果的重要措施，也是保證結(jié)晶器安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

某鋼廠兩臺(tái)150×150方坯機(jī) (生產(chǎn)螺紋鋼)，1#機(jī)銅管長(zhǎng)1000 mm，2#機(jī)銅管長(zhǎng)900 mm，銅管壽命設(shè)計(jì)450爐，結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)為間冷開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，補(bǔ)水為工業(yè)水環(huán)管網(wǎng)+軟化水，冷卻水泵二開二備，每臺(tái)泵銘牌流量790 m3/h，揚(yáng)程90 m，水系統(tǒng)設(shè)置工業(yè)水補(bǔ)水過(guò)濾器，1#機(jī)進(jìn)水母管設(shè)置了管道增壓泵(流量1000 m3/h，揚(yáng)程41.6 m)。2018年2～3月高效化改造，其中結(jié)晶器沒(méi)有進(jìn)行改造，僅銅管長(zhǎng)統(tǒng)一為1000 mm，計(jì)劃最大拉速提高到4 m/min。1#機(jī)3月5日投產(chǎn)后，生產(chǎn)正常，4月12日2#機(jī)改造完成開始實(shí)現(xiàn)雙機(jī)生產(chǎn)，投產(chǎn)后4月15日開始發(fā)現(xiàn)爛頭鋼、漏鋼，4月19日發(fā)現(xiàn)下線結(jié)晶器銅管在渣線液面處基本上都有鼓包，結(jié)垢嚴(yán)重，尤其是新采購(gòu)的結(jié)晶器銅管運(yùn)行一天就發(fā)現(xiàn)漏鋼、嚴(yán)重結(jié)垢(1-16#為舊結(jié)晶器,17#～30#為新結(jié)晶器)。公司相關(guān)部門立即對(duì)結(jié)晶器水質(zhì)控制、冷卻水溫升等進(jìn)行檢查，查找導(dǎo)致漏鋼、爛頭鋼、銅管結(jié)垢的形成因素。本文討論解決結(jié)晶器工藝的冷卻水問(wèn)題，經(jīng)過(guò)采取綜合措施，解決了結(jié)晶器銅管結(jié)垢問(wèn)題，銅管過(guò)鋼爐數(shù)滿足生產(chǎn)要求。

2 結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)概況

2.1 結(jié)晶器運(yùn)行各工藝參數(shù)見(jiàn)表1

表1 結(jié)晶器運(yùn)行各工藝參數(shù)(水量、水溫、拉速)

單機(jī)總管流量830 m3/h,雙機(jī)總管流量1500～1530 m3/h。

2.2 結(jié)晶器冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)見(jiàn)表2

2.3 結(jié)晶器運(yùn)行水質(zhì)見(jiàn)表3

表2 結(jié)晶器冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)

表3 結(jié)晶器運(yùn)行水質(zhì)

2.4 結(jié)晶器銅管附著物分析見(jiàn)表4

表4 方坯結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)銅管附著物分析 %

3 結(jié)晶器銅管異常結(jié)垢分析

3.1 結(jié)晶器冷卻水流量、流速不滿足要求

2018年2～3月高效化改造時(shí)結(jié)晶器沒(méi)有進(jìn)行改造，僅銅管長(zhǎng)統(tǒng)一為1000 mm，改造完成后，生產(chǎn)時(shí)新制造的結(jié)晶器與舊結(jié)晶器同時(shí)上線。

4月12日前基本上是單機(jī)(1#機(jī))生產(chǎn)，結(jié)晶器冷卻水總管流量約830 m3/h(每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量顯示145 m3/h以上)，結(jié)晶器基本無(wú)漏鋼，下線的結(jié)晶器銅管檢查基本干凈無(wú)垢。

4月12日，2#機(jī)改造調(diào)試完成開始實(shí)現(xiàn)雙機(jī)生產(chǎn)，4月15日開始發(fā)現(xiàn)爛頭鋼，漏鋼，4月19日檢查下線的1#機(jī)3臺(tái)結(jié)晶器銅管(20#206爐、9#474爐、25#459爐)在渣線液面處基本上都有鼓包，結(jié)垢嚴(yán)重。以結(jié)晶器在線運(yùn)行時(shí)點(diǎn)(非具體時(shí)間日期)為橫座標(biāo)與對(duì)應(yīng)班組記錄運(yùn)行水量為縱座標(biāo)列出運(yùn)行曲線，以下表同。3臺(tái)結(jié)晶器銅管在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量見(jiàn)圖1，3臺(tái)結(jié)晶器銅管表面結(jié)垢見(jiàn)圖2(依次為20#、9#、25#)。

圖1 結(jié)晶器銅管在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量

圖 2 20#、9#、25#結(jié)晶器銅管表面結(jié)垢

4月20日開始，提高冷卻水水質(zhì)，補(bǔ)水方面改變工業(yè)水補(bǔ)水為新水,增大軟化水加入量，總硬度指標(biāo)控制在2.5 mmol/L以下，維持藥劑濃度穩(wěn)定，跟蹤水質(zhì)與銅管結(jié)垢關(guān)系。

提高水質(zhì)質(zhì)量后，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化在結(jié)晶器銅管的結(jié)垢改善方面沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，期間，因下線檢查結(jié)晶器多，舊結(jié)晶器數(shù)量少，上線的新結(jié)晶器多，發(fā)現(xiàn)新結(jié)晶器運(yùn)行一天就漏鋼、銅管鼓包，舊結(jié)晶器相對(duì)來(lái)說(shuō)情況明顯好于新結(jié)晶器。新舊結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量見(jiàn)圖3。

圖3 新舊結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量

針對(duì)19日下線結(jié)晶器銅管結(jié)垢、鼓包問(wèn)題，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)單位、新結(jié)晶器制造廠均認(rèn)為水質(zhì)存在嚴(yán)重問(wèn)題。銅管鼓包原因是高溫,但有兩種可能，其一是銅管表面異常高溫導(dǎo)致表面沸騰結(jié)垢，然后結(jié)垢導(dǎo)致更高溫度，其二水質(zhì)差結(jié)垢導(dǎo)致傳熱不良溫度高。結(jié)合水質(zhì)方面，分析認(rèn)為主要原因?yàn)殂~管表面異常高溫導(dǎo)致結(jié)垢，結(jié)晶器冷卻系統(tǒng)參數(shù)可能存在問(wèn)題。

4月23日生產(chǎn)廠檢查結(jié)晶器影響傳熱的相關(guān)因素，測(cè)量新制造結(jié)晶器銅管水縫尺寸，發(fā)現(xiàn)水縫寬度較設(shè)計(jì)要求大約寬1 mm。按總水量雙機(jī)時(shí)平均用水測(cè)算,新結(jié)晶器水縫平均流速約10.76 m/s,舊結(jié)晶器水縫平均流速約13.91 m/s，實(shí)際運(yùn)行中因水量調(diào)整差異某些新結(jié)晶器水縫流速可能低于10 m/s。

從圖1、圖2可看出，4月19日檢查下線的1#機(jī)3臺(tái)結(jié)晶器銅管表面結(jié)垢，新結(jié)晶器(20#、25#)銅管比舊結(jié)晶器(9#)結(jié)垢嚴(yán)重，舊結(jié)晶器(9#)為3月29日（436爐）下線后于4月18日又重新上線的。4月12日雙機(jī)后 (圖1對(duì)應(yīng)橫座標(biāo)44)，查運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn)，20#、25#結(jié)晶器在14日開始每天均發(fā)生裂漏，檢查雙機(jī)后各臺(tái)結(jié)晶器分配水量，20#、25#結(jié)晶器冷卻水量一般小于140 m3/h(見(jiàn)圖1)，其中25#結(jié)晶器在單機(jī)運(yùn)行時(shí)段 (3月30日至4月12日，對(duì)應(yīng)橫座標(biāo)23～43，生產(chǎn)了308爐，未出現(xiàn)漏鋼)出現(xiàn)過(guò)3個(gè)班次(共生產(chǎn)了35爐)流量小于140 m3/h情況，是2#機(jī)改造后進(jìn)行了幾次調(diào)試，但此低水量情況對(duì)銅管同樣產(chǎn)生了結(jié)垢影響。

從圖3可看出，其中4月19～21日上線的3臺(tái)新結(jié)晶器 (25#、26#、27#)運(yùn)行40多爐銅管就嚴(yán)重結(jié)垢、鼓包，查冷卻水量都小于140 m3/h，而前期一直在線(3月20日～4月23日)的7#舊結(jié)晶器458爐銅管表面干凈、正常，查冷卻水量一般140 m3/h以上。

分析認(rèn)為該鋼廠螺紋鋼生產(chǎn)在目前拉速條件下，水流速應(yīng)該滿足14m/s要求，結(jié)晶器冷卻水現(xiàn)場(chǎng)顯示流量在小于140 m3/h時(shí)，冷卻水水量明顯不足，流速不滿足要求。

3.2 結(jié)晶器冷卻水分配依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，水量精確調(diào)節(jié)難度大

每臺(tái)方坯連鑄機(jī)六流，二臺(tái)機(jī)十二流，雙機(jī)生產(chǎn)時(shí)，靠人工調(diào)整水量，各流水量難免有差異。在流量較低的結(jié)晶器可能水量不足，并且在拉某些鋼種時(shí)水量可能更不能滿足要求，從而快速結(jié)垢造成提前下線，影響整體生產(chǎn)節(jié)奏。每臺(tái)機(jī)內(nèi)部各結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量分布差異見(jiàn)圖4(5#結(jié)晶器在上線后期多次出現(xiàn)裂漏,16#結(jié)晶器無(wú)異常)。從檢查情況可看出，單臺(tái)結(jié)晶器冷卻水流量大的銅管運(yùn)行狀態(tài)明顯優(yōu)于流量小的結(jié)晶器

圖4 結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量分布差異

同時(shí)，從結(jié)垢的結(jié)晶器銅管下線檢查發(fā)現(xiàn)，銅管4個(gè)面的結(jié)垢狀態(tài)明顯不同，外弧結(jié)垢最重，在外弧結(jié)垢量少時(shí)內(nèi)弧基本上沒(méi)有結(jié)垢，說(shuō)明銅管4個(gè)面的水量分布差異，銅管4個(gè)面的水量分布中外弧水量最小。

3.3 結(jié)晶器冷卻水水縫堵塞影響

配合連鑄高效化改造，結(jié)晶器冷卻水管閥進(jìn)行了相應(yīng)檢修，改造完成后投產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)閥門墊子絲壞而堵塞水縫，同時(shí)結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)為間冷開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，存在枯樹枝、塑料袋等外部雜物進(jìn)入現(xiàn)象，堵塞時(shí)，外弧嚴(yán)重結(jié)垢而鼓包，內(nèi)弧基本上無(wú)結(jié)垢。如15#結(jié)晶器堵塞時(shí)情況，堵塞時(shí)外弧、內(nèi)弧實(shí)物質(zhì)量見(jiàn)圖5，結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量見(jiàn)圖6。

圖5 堵塞時(shí)外弧、內(nèi)弧實(shí)物質(zhì)量

3.4 結(jié)晶器冷卻水水質(zhì)影響

結(jié)晶器冷卻水水質(zhì)運(yùn)行基本穩(wěn)定，但總硬度偏高，在高效化改造后拉速等變化情況下容易結(jié)垢，藥劑濃度在控制過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)較大情況，同時(shí)藥劑單體(主要成份:PBTC+HPMA+AMPS+其它)質(zhì)量問(wèn)題也可能存在。

圖6 結(jié)晶器在線時(shí)點(diǎn)與運(yùn)行水量

4 改進(jìn)措施與效果

4.1 增大結(jié)晶器冷卻水總流量，調(diào)整全開結(jié)晶器冷卻水閥門，2018年5月1日開始冷卻水總管流量增加約100 m3/h。調(diào)整每臺(tái)結(jié)晶器冷卻水流量，雙機(jī)生產(chǎn)時(shí)單臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)流量表計(jì)140 m3/h以上，實(shí)施后5月7日開始生產(chǎn)恢復(fù)正常。

4.2 對(duì)不符合水縫要求的新結(jié)晶器全部退出運(yùn)行，重新制作滿足要求的結(jié)晶器。

4.3 安排對(duì)冷卻水系統(tǒng)冷卻塔進(jìn)風(fēng)口、水池等部位安裝攔雜網(wǎng)，減少外部雜物進(jìn)入水系統(tǒng)，同時(shí)，要求用戶端結(jié)晶器冷卻水總管上安裝管道過(guò)濾器，避免因雜物堵塞造成局部水量不足，銅管各受熱面冷卻不均勻使鋼坯產(chǎn)生裂紋、漏鋼。

4.4 調(diào)整阻垢緩蝕劑計(jì)量泵和補(bǔ)水變化的穩(wěn)定運(yùn)行，保持藥劑濃度的穩(wěn)定，同時(shí)，根據(jù)方坯結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)銅管附著物成份結(jié)果分析，對(duì)阻垢緩蝕劑單體質(zhì)量保證符合要求，同時(shí)對(duì)組成進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)行控制總磷(以PO43-計(jì))1～3 mg/L，加強(qiáng)對(duì)水系統(tǒng)的殺菌處理。

4.5 工業(yè)補(bǔ)水選擇新水，減少系統(tǒng)漏水、排水損失，增加冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水中軟化水的用量，維持系統(tǒng)總硬度(以 CaCO3計(jì))＜250 mg/L，實(shí)施加酸措施，維持系統(tǒng)pH值8.5左右。碳鋼掛片腐蝕率0.0017 mm/a,銅掛片腐蝕率0.0006 mm/a。

4.6 督促前期正在實(shí)施的旁濾過(guò)濾器完工，保證系統(tǒng)濁度＜5 NTU。

5 結(jié)束語(yǔ)

2018年4月方坯高效化改造后結(jié)晶器銅管異常結(jié)垢，主要因素是新生產(chǎn)條件下冷卻水量、流速不夠造成，尤其是新制造的結(jié)晶器水縫寬不合要求，并與其它因素相互促進(jìn)影響程度。在采取以上綜合措施后，結(jié)晶器銅管冷卻正常，解決了銅管結(jié)垢問(wèn)題，滿足了生產(chǎn)的需要。

用戶端結(jié)晶器冷卻水總管上安裝管道過(guò)濾器還未實(shí)施，在項(xiàng)目實(shí)施前堵塞風(fēng)險(xiǎn)存在。