改造连铸雾化喷淋工艺解决喷嘴堵塞技术难题

2012-07-30魏革胜

一重技术 2012年5期

白丽，邵岩，魏革胜

中冶京诚（营口）技术装备有限公司炼钢厂连铸机自2008年6月投产以来，二冷雾化喷嘴堵塞频繁，不但增加了工人疏通和更换喷嘴的劳动强度，更严重的是制约了生产，影响产品质量。

1 现场跟踪及堵塞现象

（1）通过2个月126浇次连铸生产跟踪，每个浇次喷嘴堵塞最少37个，最多80个，堵塞率为11.5%～25%（见表1）。

（2）喷嘴堵塞的现象主要归纳为三类：①钙化堵塞，喷嘴出口为乳黄色，喷嘴被钙化物封住而堵塞，主要表现在足辊处，约占总堵塞的3%；②悬浮物堵塞，喷嘴出口无钙化残迹，喷嘴内部为悬浮物堆积，无颗粒物，这类堵塞约占95%；③杂物堵塞，喷嘴出口表面无钙化残迹，喷嘴内部有石棉板碎片、焊渣和颗粒状物，这类堵塞现象约占2%。

表1 2011年二冷雾化喷嘴堵塞检查记录典型统计

2 喷嘴堵塞原因分析及治理

2.1 二冷雾化回水处理工艺和水质指标分析

（1）二冷雾化喷淋水质的监测与分析对于二冷雾化喷淋喷嘴堵塞的问题，首先要考虑水质是否符合二冷水质的使用要求，通过对二冷雾化水质的监测，二冷雾化水质完全符合用水指标（见表2）。由此排除二冷雾化水质造成喷咀堵塞的原因。

表2 二冷雾化水与设计指标对比表

（2）水处理工艺的调研鉴于水质指标符合设计要求，所以不得不追溯是否在水处理过程投加了有利于堵塞喷嘴的药剂或因药剂使用过量等而造成喷嘴堵塞。对于二冷喷雾回水的处理，我们从投加药剂种类、投加量、投加药剂浓度、投加药剂的先后顺序、药剂的搅拌时间和投加药剂的操作等方面进行跟踪调研。在二冷雾化回水处理过程中一共投加了4种药剂，其中化学除油器内投加2种：一种是电介质类凝聚剂，聚合氯化铝；一种是絮凝剂，类聚丙烯酰胺。①配制药剂跟踪。配制药剂时，两种药剂分别配制。聚合氯化铝药剂的配制：在容积为2.7 m3的溶解箱内灌注约一半的生产新水，开动搅拌机进行搅拌，然后将75 kg聚合氯化铝缓慢倒入溶解搅拌桶，通过搅拌使之充分混合溶解，再逐渐加水，边加水边搅拌，加水至溶解箱上口约50 mm处，配制成浓度为2.8%的聚合氯化铝药液，完全溶解后放入5.0 m3的储液箱内备用。聚丙烯酰胺药液的配制：在容积为2.7 m3的溶解箱内灌注约1/3的生产新水，开动搅拌机进行搅拌，将2.7 kg聚丙烯酰胺原药缓慢、均匀、分散地倒入溶解箱内，同时逐渐加水至溶解箱上口50 mm处，继续搅拌2 h，配制成浓度为1%的聚丙烯酰胺药液，放入储液箱内备用。②药剂投加量的跟踪。二冷雾化回水量为850 m3/h，加聚合氯化铝计量泵的刻度为300 l/h；加聚丙烯酰胺计量泵的刻度为430 l/h。通过计算二冷雾化回水处理药剂，聚合氯化铝投加量为0.5 mg/l，聚丙烯酰胺投加量为10 mg/h，这两种药剂投加量符合浊环水处理标准。③药剂投加的方式跟踪。我们知道以上两种药剂必须要配合使用而且顺序不能颠倒，也不能混合在一起使用，必须先投加聚合氯化铝，然后投加聚丙烯酰胺。实际投药操作是在进水口的管道混合器内投加聚合氯化铝，然后在化学除油器混合室内投加聚丙烯酰胺，先后顺序与水处理规范投加顺序一致。④另外是将缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂投加在储水池内，投加方法和剂量均按正常的操作进行。

通过对雾化回水处理的工艺跟踪和分析，在回水处理工艺和实际操作运行中，均严格按照技术要求和规范进行，这样就排除了因雾化水处理工艺造成喷嘴堵塞。

2.2 堵塞现象分析

排除水处理工艺和水质指标造成喷嘴堵塞的原因后，下面我们对堵塞现象进行仔细分析，找出喷嘴堵塞的真正原因。

（1）钙化堵塞的原因是因为喷水量小，喷嘴处于1段位，因钢坯从结晶器出来时温度高，使喷嘴喷出的水急剧汽化造成钙化而堵塞喷嘴。造成水量小的原因一方面是操作控制原因；另一方面是水中的悬浮物瞬间堆积而成。对操作控制只要加强运行管理就可以解决，主要还是要解决因悬浮物堆积而造成的钙化堵塞。

（2）杂物堵塞的原因一是在更换阀门或更换管道、管件时从使用的石棉板垫片掉落的碎片和焊渣等杂物在管道冲洗时未冲净，投入运行后进入到喷嘴而造成堵塞。这类堵塞通过更换橡胶法兰垫片或者运行前进行彻底冲洗管道可以解决。二是雾化空气过滤器后使用碳钢管道，从雾化空气管道支管和总管剖开取样观察发现管壁腐蚀结垢严重，在运

行中随着管道的压力波动，结垢层脱落并随雾化空气进入喷嘴而导致堵塞。由于营口地区偏海洋气候，空气湿度较大，这种空气进入管道会造成管道腐蚀结垢，所以在营口地区雾化空气工艺管道选择碳钢材质不合理，在湿度大的地区雾化空气管道应选择不锈钢材质，避免因雾化空气潮湿而造成管道污染结垢。

（3）悬浮物堆积是造成喷嘴堵塞的主要原因。现有工艺在供气和供水上存在三大缺陷：一是雾化空气分配不均衡；二是雾化用水过滤级别和过滤精度不够。因雾化空气分配不均造成支管压力大，而雾化用水压力小，使雾化空气阻挡了水流道，造成悬浮物堆积而堵塞喷嘴。

具体来讲，原雾化空气分为4流，每一流分3段，每一段是2个支管，共24个支管，每个支管上设置一个活塞式调压阀来调节雾化空气的压力，调节范围为0～1.0 MPa，通过调节后供喷嘴使用（见图 1）。

此工艺存在缺陷：①调节范围大，与喷嘴工艺要求0.2～0.5 MPa相差悬殊；②调节难度大，24个调节阀不能同时保证喷嘴的生产工艺要求；③无稳压装置，压力波动较大。在2011年3月23日1流2段和2011年4月11日3流3段出现喷嘴大面积堵塞就是因为雾化空气压力和雾化用水的压力严重失衡造成的。在这两次典型的案例中雾化空气和雾化用水压力匹配为：雾化空气0.42 MPa/雾化用水0.04 MPa和雾化空气0.47 MPa/雾化用水 0.03 MPa。

图1 雾化空气工艺示意图

针对雾化工艺存在的缺陷应做如下改造：取消支管上的24个活塞式调压阀，改为在主管路增设调压稳压装置（见图2）。根据喷嘴生产工艺要求，选择自力式调节阀，调节范围在0.2～0.5 MPa之间；稳压装置为3 m3的稳压罐。先调整喷嘴工艺所需压力，然后供每个支管上的喷嘴使用，这样既满足了每个喷嘴雾化空气压力，也不会因为一个喷嘴压力波动而改变其他喷嘴的压力。

在主管道上增设调压稳压装置的优点是调整起来简单方便，供每一个支管的压力均相同，保证了喷嘴的工艺压力。针对存在管道选材上存在的缺陷，将空气过滤器后至喷嘴的碳钢管道改造为不锈钢管道，杜绝因管道的锈垢和残渣堵塞喷嘴的现象。

图2 改造后雾化空气工艺示意图

图3 二冷雾化水工艺示意图

在使雾化空气满足生产工艺要求同时还对雾化用水工艺进行改造，原雾化用水工艺采取的是相同过滤精度的两级过滤方式，两级过滤精度均为200 μm（见图3）。这种过滤方式不能满足喷嘴的新工艺要求，首先这两个过滤器均使用以色列刷式过滤器，在使用中过滤的悬浮物附着在过滤网上，有些纤维状的悬浮物一半已经透过了滤网，而另一半还留在滤网的内侧，当过滤器进行排污时，滚刷在滚动过程中，会打碎附着在滤网上的悬浮物，使细长的纤维状悬浮物进入系统中，到达喷嘴部位后会造成悬浮物堵塞；其次是终极过滤器过滤精度只能满足普通喷嘴（孔径≥1.0 mm）的过滤要求，但无法满足喷嘴孔径为Ø0.8 mm，水质过滤等级为0.2 mm的雾化喷淋工艺要求。原因是：①水中一部分以Ca2+、Mg2+等阳离子的带正电的絮凝团和SO32-、HO-等阴离子的显负电的絮凝团，虽然两种絮凝团直径小于Ø0.2 mm，但是通过过滤器后依然会相互结合，形成大于0.8 mm的悬浮物絮凝团而堵塞喷嘴；②悬浮物的单体颗粒直径虽小于0.2 mm，但是在运行过程中，会出现多个悬浮物单体同时达到喷嘴使到达喷嘴的瞬间总体直径大于0.8 mm，同样会堵塞喷嘴；③在已通过精度为0.2 mm过滤器的水中的纤维状悬浮物，虽然纵向通过了过滤器，但是其横向的长度可能大于0.2 mm，同时也存在长度大于0.8 mm的纤维状悬浮物，这类悬浮物达到喷嘴后，横在喷嘴孔处，就会把0.8 mm的喷嘴孔径分割成小于0.4 mm的两个喷嘴孔径甚至小于0.2 mm的多个孔径，很容易阻挡小于0.2 mm的悬浮物，最终造成喷嘴堵塞。

针对原二冷雾化水处理工艺存在的缺陷，为了满足喷嘴的生产工艺，对雾化用水工艺进行改造：采取三级过滤，逐级提高过滤精度的过滤方式。一级过滤精度为200 μm，二级过滤精度为150 μm，三级过滤精度为80 μm（见图4），这样就可以除去水中颗粒度小于80 μm的颗粒物和纤维状的悬浮物，从而解决因水质的原因造成喷嘴堵塞的问题。在过滤器选用上首先保证喷嘴的压力、流量等方面的工艺要求，一级和二级过滤器选择刷式过滤器，三级过滤器选择自洁式过滤器。全自动自洁式过滤器的工艺特点是：过滤精度高，水质稳定；可通过自身的检查和设定自动功能，实现反冲洗，以应对不稳定的水质波动，无需人工干预；控制系统反应灵敏，运行精确，可以根据不同水源和过滤精度灵活控制；反冲洗时无需中断正常供水，可连续运行；反洗时通过水的旋转排污，不会打碎附着在滤网上的悬浮物，悬浮物穿透率为0；过滤面积大，纳污量高，管路压损小。因此，选择自洁式过滤器做为二冷雾化水处理的终极过滤可以满足喷嘴对雾化水的工艺要求。