电渣炉冷却水系统的发展

苏龙丹，王 昭，董君伟

(东北大学 材料先进制备技术工程研究中心，沈阳 110006)

电渣炉冷却水系统的发展

苏龙丹，王 昭，董君伟

(东北大学 材料先进制备技术工程研究中心，沈阳 110006)

本文从冷却水系统的水量、水质、水温等几个方面分析了其对设备使用寿命和钢锭凝固质量的影响，并对国内外几种电渣炉循环水系统形式进行了比较，得出带热交换器的双重冷却水系统是目前最为科学的，此种冷却水系统可以保证设备使用寿命和钢锭的凝固质量.

冷却水系统;电渣炉;冷却塔;敞开式;封闭式

随着电渣重熔技术的广泛应用，电渣炉冷却水系统也越来越受关注.

冷却水系统水量不够会造成主体设备损坏或引起安全事故，如电缆冷却水不足时，随着导线温度的升高导线电阻也增加，直接导致重熔电耗的增加;结晶器和底水箱水量不足时，结晶器和底水箱铜板温度升高，会因变形影响设备的使用寿命，严重的会出现爆炸等事故.

水质的影响也很重要，循环水中CaO和MgO含量较大时(硬度大于200 mg/L)易产生污垢沉积于传热面上，影响正常传热，使传热效率下降，冷却水系统能耗增加.如1.5 mmCaCO3垢将增加10%～20%冷却水系统能耗，12 mm污垢将增加70%左右的冷却水系统能耗，25 mm污垢将设备效率下降95%，污垢还会引起间接腐蚀、滋生微生物和造成输水困难.当循环水中进水水温大于55℃，冷却水中钙镁离子更易于生成水垢.

电渣炉冷却水系统的冷却形式、水质、水温等因素直接影响到设备使用寿命和钢锭质量.因此，对于电渣炉冷却水系统必须给予足够的重视.

1 目前国内电渣炉冷却水的形式

电渣炉冷却水系统主要有4种形式:直排式、带冷却塔的敞开式循环水系统、带冷却塔的封闭式循环水系统、带热交换器的循环水系统.

1.1 直排式冷却水系统

电渣炉冷却水系统最初采用直流式即直排式冷却水系统.在直排式冷却水系统中，冷却水仅通过需冷却部件一次后就被排放掉了.此种方法投资少、操作简便，但其水质难保证，用水量大，运行费用高，不能满足工艺对水质的要求，也不符合当前节能环保的要求.随着国家管制加强和工艺方面对水质越来越严格的要求，直流式冷却水方式已经逐渐被淘汰.

1.2 带冷却塔的敞开式循环水系统

带冷却塔的敞开式循环水系统通常也叫做无压回水系统，这是一种最简单冷却水系统，即循环水经结晶器、底水箱等需冷却的部件后直接排入一个敞开的回水槽中，再从回水槽中依靠重力流回到厂区冷水池中.此系统主要由冷水池、泵站、分水器、需冷却部件、回水槽、开式冷却塔等构成，其原理图如图1所示.一般应用此种水循环系统均为吨位较小的炉子，在国内民营企业应用比较普遍.

图1 带冷却塔的敞开式循环冷却水系统Fig.1 Unlimited cooling water with cooling tower

该系统中水源主要来自未经任何处理的河水或地下水，水质较差，主要是硬度较高，悬浮物含量和溶解性固体含量超标.其主要特点是设备简单、水源成本低、检测元件较少(只检测底水箱和结晶器回水温度即可).整个水系统水压较低，对设备主体耐压要求低(结晶器底水箱除外)，需冷却部件的各个冷却水支路回水易于观察，一次性投资费用少.其主要缺点是冷却效率低;因灰尘、污物容易进入系统中造成排污量大，维护周期短，维护费用较高;因冷却水在循环过程中要与空气接触，部分冷却水会被蒸发损失掉，造成水中各种矿物质和离子含量也会不断浓缩增大，补给水量大;因其冷却效率低，影响渣壳形成，影响钢锭凝固质量.

1.3 带冷却塔的封闭式循环水系统

带冷却塔的封闭式循环水系统是指循环水不与空气直接接触，冷却水经水泵组，分水器，在密闭条件下到达需冷却部件并在密闭条件下返回闭式冷却塔，而在闭式冷却塔中经换热降温后再循环使用.带冷却塔的封闭式循环水系统主要由水池、水泵组、需冷却部件、分集水器、密闭式冷却塔等构成.其水系统原理如图2所示.

此系统须使用含盐量很低的软水或纯水等水质较好的水源，要求其各项水质指标均能保持在工业冷却水水质指标范围内.带冷却塔的封闭式循环水系统的主要优点是其主要设备相对简单、运行稳定、密封性较好、补充水量少(或基本不补充水).另外，水中各矿物质和离子含量一般不发生变化，水质能较好保持，受污染机会少，排污量少(或基本不排污);水质处理方法比较简单;维护周期长，维护较容易.其主要缺点是由于此系统是密闭空间，必须带压回水才能保证能回至闭式冷却塔中;一次性投资较大，能耗高;日常维护费用较高，整个冷却水系统对水质较好的冷却水水量需求量大，水源成本高;需冷却部件的各个冷却水支路回水必须单独设置流量检测装置，以便对各个回水支路回水情况进行监测，防止无回水或回水量不足情况发生.

在带冷却塔的封闭式循环水系统中，因其水质较好，冷却水能为保证较高的冷却效率提供必要条件，间接保证渣壳形成，保证钢锭的表面质量和凝固质量.

1.4 带热交换器的双重冷却水系统

带热交换器的双重冷却水系统指内部冷却水升温后不与大气直接接触，而在换热器中经由外部冷却水换热降温后再回用.外部循环冷却水经开式冷却塔冷却后回用.此系统由相对独立的内水循环和外水循环通过热交换器联系起来，内水系统能在保证水质条件下尽量使内水系统最小化;外水系统通过使用开式冷却塔提高其系统冷却效率.系统主要由内水泵组、热交换器(内水水箱)、需冷却部件、分集水器、外水泵组、开式冷却塔、水池等构成，其原理如图3所示.

图2 带冷却塔的封闭式循环水系统Fig.2 Limited cooling water with cooling tower

图3 带热交换器的双重冷却水系统Fig.3 Double cooling water with heater exchanger

带热交换器的双重冷却水系统的特点是，内水和外水相对独立，不发生直接接触，因此内水可根据工艺需要采用水质较好的软水或纯水，外水可以使用工业清水或自来水等水质相对较差的冷却水，既可以满足工艺对水质方面要求又尽量缩小内水供给范围，节约成本.内水系统水质能较好保持;排污量少;补充水量少;冷却效率高;维护周期长;投资费用相对与前两种方式，介于两者之间，能耗也介于两者之间.缺点是设备相对复杂，维护较繁琐，各冷却回路应单独设置流量或温度检测装置.

2 国外较先进的冷却水形式

目前国外能够生产制做电渣炉设计的企业主要有美国康萨克公司、奥地利因泰克公司、德国ALD公司、乌克兰巴顿电焊研究所等，其水系统设计形式基本都是带热交换器的双重冷却水系统，只不过具体炉型相应有所改进和提高，我们可以从这几家的冷却水系统原理中得到验证.

图4 因泰克水系统原理图Fig.4 Cooling water schematic of INTECO

图5 ALD水系统原理图Fig.5 Cooling water schematic of ALD

由图4，图5我们可以看出，因泰克和ALD设计的电渣炉冷却水系统基本是带热交换器的双重冷却水系统形式.ALD的水系统内部冷却水从水箱经泵组到换热器，再从设备回到水箱里;外部冷却水经冷却塔冷却回用.水箱带有加热自动补水等功能，通过检测内冷却水经换热器后的水温，调节外部冷却水水量，进一步保证内部循环水水温恒定.因泰克的水系统内部冷却水从水箱经泵组到设备，冷却水再进入换热器被降温后回至水箱.因泰克通过调节进入换热器的冷却水流量进而保证水温恒定.另外，因泰克设计的水系统对补充水水质也进行处理，以保证整个系统水质基本不变.

ALD和因泰克设计的电渣炉冷却水系统的共性主要有以下几点:1)内部冷却水不与大气直接发生接触;2)内部冷却水系统设置内水水箱，水箱具有液位检测功能，并通过调节阀门，根据液位情况自动补水;3)水箱设置加热功能;4)水箱的容积都相对于国内比较小(ALD 1 t电渣炉内水水箱4 m3，INTRCO16 t电渣炉内水水箱5 m3);5)通过调节换热器进水流量(无论是内水侧还是外水侧进入换热器水流量)控制内部循环水的回水水温，避免回水温度过低，影响电渣炉冷却水进水水温恒定，降低能耗.

3 结语

从上述几种形式的冷却水系统的各自特点和国内国际发展趋势可以看出，带热交换器的双重冷却水系统应用会越来越广泛，此种冷却水系统可以保证设备使用寿命和钢锭的凝固质量.

［1］唐受印，戴友芝.工业循环冷却水处理［M］.北京:化学工业出版社，2003:1－42.

［2］马英华.15t电渣炉冷却水系统浅析［J］.河北煤炭，2001，(4):50－51.

［3］李晓明，王磊，崔福义.回收污水热能时污水对铜管腐蚀的影响研究［J］.2005，32(4):203－204.

［4］鲁进彦，李乐中.工业循环冷却水的应用情况分析［J］.甘肃石油和化工，2007，(2):29 －36.

The development of cooling water system for ESR

SU Long-dan，WANG Zhao，DONG Jun-wei

(Shenyang Dong Da Materials Engineering Research Center for Advanced Preparation，Shenyang 110006，China)

This text major analyses the effect which the amount of water，the quality of water and the temperature of water from cooling water impact the equipment life and the quality of solidification and compares the internal terms of cooling water with external.The conclusion is that the double cooling water with heater exchanger is science at present，because the term can guarantee the equipment life and the quality of solidification

cooling water;ESR;cooling tower;unlimited;limited

TF 748.6

A

1671-6620(2011)S1-0157-04

2010-10-15.

苏龙丹 (1984—)，女，吉林长春人，助理工程师，E－mail:shuizhongyuhj@163.com.