水质分析仪器在炼钢车间连铸循环水的应用

作者：美国哈希公司    来源：流程工业

欢迎访问e展厅 展厅 3 液体/气体检测分析仪器展厅 气体分析仪, 水质检测仪, pH/ORP仪, 气体报警器, 余氯仪, ... 随着钢铁生产的发展，连铸技术已被越来越多地被钢铁企业采用，我国的连铸比大幅度上升。连铸工艺省去了模铸和初轧开坯的工序，钢水直接流入连铸机的结晶器，使液态金属急剧冷却，从结晶器尾部拉出的钢坯进入二次冷却区，二次冷却区由辊道和喷水冷却设备构成。连铸生产中的主要用水工序有结晶器冷却水、设备间接冷却水、铸胚及设备喷淋用水等。各工序对供水水质要求如表1所示。 连铸循环水可分为净环水和浊环水。其中净环水系统主要供结晶器、设备间接冷却等用水。使用后水温度升高，水质未受到污染，主要用于降温、浓缩率的管理和水质稳定等。浊环水主要供设备和铸坯喷淋冷却、切割渣粒化水及冲氧化铁皮用水。用后水温升高，水质受到污染，水中含有大量氧化铁皮微粒和少量油类。除冲氧化铁皮用水（水质、水温要求低），经一级沉淀即可循环使用外，其余水一般经二级沉淀、过滤、除油、冷却后循环使用。 净环冷却水中的仪器应用 净循环水由于水质要求高，一般用软化水，必须处理好水质稳定问题。采用脱硬后的软水腐蚀速度加快。如果在水的硬度、碱度较小的地区，也可采用工业水。表2是某大型钢厂连铸结晶器循环冷却水的控制指标。 由于净环水硬度、碱度都较低，容易吸附结晶器表面的阳离子，因此循环过程中容易产生腐蚀。此外，结晶器钢液附近水温高达100~150℃，容易造成结垢，影响结晶器的传热，导致钢液无法形成较大强度的胚壳，造成废胚或缺陷胚。因此保证净环水水质的合格是保证生产出合格铸胚的必要条件。根据上述控制指标，在连铸净环水中可使用的在线水质分析仪器如表3所示。 浊环冷却水中的仪器应用 浊环水指设备和产品的直接冷却水主要是指二次冷却区产生的废水，大量的喷嘴向拉辊牵引的钢坯喷水，进一步使钢坯冷却固化，此水受热污染并带有氧化铁皮和油脂。二次冷却区每吨钢耗水量一般为0.5~0.8m3。含氧化铁皮、油和其他杂质以及水温较高，这是二次冷却水的特点。连铸机浊环水要求较高，特别是二次喷淋和设备喷淋冷却，要求冷却水中悬浮物含量小于20~50mg/L，喷嘴直径一般小于2mm，因此，水处理流程的选择是否合理直接影响连铸的正常生产。浊循环水处理的主要目的是除浊、除油、降温和浓缩率管理。除浊主要是去除生产过程中产生的氧化铁皮，一般占铸坯产量的0.2％~0.5％；除浊的主要手段为沉淀和过滤。 浊循环水处理流程一般有如下方案： 二级水处理方案，即一次沉淀和过滤，一次铁皮坑需除去0.2mm以上的氧化铁皮，处理后的水中悬浮物含量不大于60mg/L，可供冲氧化铁皮和设备直接冷却。虽可省去二次铁皮沉淀池及相应的设施，但一次铁皮坑容积较大，构筑物较深，施工难度大，造价高，故一般很少采用。 三级水处理方案，即一次沉淀、二次沉淀和过滤的方案。一次铁皮坑需除去0.5mm以上的氧化铁皮，出水悬浮物含量小于150mg/L，可供冲氧化铁皮用水，并保证供水泵不受严重磨损，所以一次铁皮坑容积小，造价低。二次沉淀通常采用平流沉淀池，要求除去0.2mm以上的氧化铁皮，出水悬浮物小于60mg/L，一般为地上式构筑物，施工和生产管理方便，且已有与之相配套的除油刮渣设备，因此在连铸浊循环水系统中广泛地采用三级水处理工艺。 根据浊环水的上述特点以及处理流程，其中可使用的在线水质分析仪器如表4所示。 连铸车间循环水的处理 在连铸工艺中，不论是净环水还是浊环水的监测都是为了最大限度的避免腐蚀和结垢问题。因此，除了对水质进行必要的监测以外，还需要对循环水投放缓蚀/阻垢剂来调整循环水的水质。通常采用的缓蚀/阻垢剂是以聚磷系产品为主，因此需要监测水中的含磷情况，从而调节循环水中的缓蚀/阻垢剂的含量。 济钢集团现有资产总额228亿元，主要生产工艺有焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢。经过近年来不断的技术革新和经营转型，其中厚板生产、出口龙头企业，产品出口比例、中厚板的产量、成本、市场占有率、出口量等多项指标居全国前列。集团还通过了质量、安全、环境管理国际认证，并在全行业率先实现三体系整合和营销服务体系认证。 济钢推行清洁生产，安全生产、发展循环经济。钢铁工业发展循环经济的目的，是以最少的资源消耗、最小的环境代价实现可持续发展。发展循环经济的关键是做好工业物质和能源的大、中、小循环。按照上述三个循环层次，钢铁工业可主要从提高铁素资源利用效率、能源循环利用率、水循环利用率和固体废弃物利用率等四个方面入手实施循环经济。其中，钢铁工业的水循环利用，就是要建立工序内部、厂内、厂际多级用水循环思想，提高水循环的浓缩倍率，实现水资源消耗减量化，减少循环系统的工业废水排放量。 采用高效、安全可靠的先进水处理技术和工艺，提高水的循环利用率，进一步降低吨钢耗新水量是实现钢铁工业水循环利用的主要措施。采用先进工艺对循环水系统的排污水及其他排水进行有效处理，使工业废水资源化，实现工业废水零排放。 济钢动力厂在美国HACH公司的配合下，建立了水质实时监测系统，为生产供水、完善生产工艺过程提供了科学的数据，实现了系统内集中管理和优化调度。系统使用了HACH公司生产的水质分析仪器，配合国产的数据采集单元以及现场操作员站。水质在线分析仪器根据水处理系统的给水水质要求和现场条件，安装在循环水供给用户之前，如固体悬浮物Solitax、硬度APA6000、电导率E53、总磷PhosPhax 、碱度APA6000、pH P53等仪器的使用，对重点参数的监测在钢铁生产供水工艺过程中起着至关重要的作用。 在中循环水监测自动化控制项目中的应用 在燃气电厂净环水系统中水质在线监测仪器硬度/碱度APA6000的使用，可以监测循环水管道的结垢腐蚀的实际情况，避免堵塞、泄漏和爆管事故发生。对于循环冷却水系统而言，经常遇到的严重问题是污垢沉积，在水质处理长期达不到工艺要求的情况下，会造成管路腐蚀从而引起泄露，也可能会造成阻塞引起输水困难、能源浪费。硬度和碱度是反映水中结垢情况和腐蚀情况的重要参数，济钢以往依靠人工定期进行取样监测，不能够及时反映循环冷却水的水质情况，往往当监测到的数值有明显变化时，管路已经出现结垢和腐蚀情况，造成生产工艺的严重滞后。 哈希公司的硬度/碱度APA6000测定仪在系统中的使用，可完成仪器实时采样、准确在线分析净环水系统中的硬度、碱度变化，测量结果以图形趋势曲线和数字格式显示，内置在仪器内部的SIO模块可采集并储存30天的详细历史数据。通过APA6000硬度和碱度仪，供水车间及时掌握管道净环水的循环水质的变化，并以此作为依据来控制稳定剂的投加，有效的保证了燃气电厂发电设备的正常运转。 实现磷系缓蚀/阻垢剂投加量的自动化控制 和国内绝大多数循环冷却水处理工艺一样，燃气电厂净环水使用聚磷系的缓蚀/阻垢剂来防止管道结垢堵塞和腐蚀，因为磷系缓蚀/阻垢剂同时兼有缓蚀和阻垢作用且无毒经济。但是磷系缓蚀/阻垢剂容易水解，水解后缓蚀/阻垢效果降低，会出现管道被腐蚀或堵塞的情况。然而，加大药量后，就必须要加大排污量以防止水解生成的正磷酸盐生成磷酸钙垢，这同样对管道会造成损害；另一方面，投药量越大，浓缩倍率越高，管道腐蚀也会加剧，因此严格控制循环水中磷的含量是非常重要的。 燃气电厂在净环水加药系统上安装了哈希公司的总磷PhosPhax分析仪后，完全实现了对水中总磷含量的实时监控，反映出磷系药剂在循环水中的浓度，根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制调节池的磷系缓蚀阻垢剂加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。一方面，严格控制了管道的结垢、腐蚀；另一方面，由于采用自动监测与控制，大量节省了人工检测时间和劳动量，也彻底改变了过去仅凭经验人工加药的工作模式。提高工作效率的同时，还达到了节药节电的目的，大大减少了生产成本。 使循环水浓缩倍率一目了然 浓缩倍率表明了系统中盐分的浓缩程度，其值等于循环水的含盐量与补充水的含盐量之比，常以某种不易挥发、不易沉淀，且在处理过程中没有被加入的离子，如Cl-、SO42-等的浓度来计算。提高循环冷却水的浓缩倍率，可以减低补充水的用量，从而节约水资源，降低排污水量，减少对环境的污染和废水的处理量，同时提高浓缩倍率，并节约水处理药剂的消耗量。但过高浓缩倍率也会使水的结垢倾向增大，从而使结垢控制的难度增加。因此，根据实际情况控制合理的浓缩倍率对于整个循环水处理过程意义很大。 由于在线测量Cl-、SO42-难度较大，成本昂贵，在哈希公司的建议下，济钢动力厂采用E53电导率分析仪，通过测量水中的电导率来反映循环水的浓缩倍率，测量更加方便直观。从而保证了用户对循环冷却水浓缩倍率了如指掌，并能合理适时进行补水和排污。 小结 在炼钢车间的连铸工艺过程中，循环冷却水十分重要。净环水主要用在连铸结晶器和设备间接冷却供水中，这部分水是封闭循环，因此水质要求主要以防腐防结垢为主，需要重点监测其pH、电导、硬度、碱度、悬浮物等指标。浊环水主要用在铸胚和喷淋用水中，直接和钢胚接触，含有大量的氧化铁皮、油等杂质，因此，降低浊度和含油量是关键所在，控制浓缩倍数，需要重点监测电导率、悬浮物和水中油等参数。HACH公司生产的水质分析仪器，配合国产的数据采集单元以及现场操作员站，在线监测水中的重要参数对生产供水工艺过程起着至关重要的作用。(end)

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