连铸机喷嘴堵塞原因分析

范石伟 刘列喜 吴兴亮 李海 刘志勇 鲁东生 李小龙

（芜湖新兴铸管有限责任公司 安徽芜湖 241000）

1 前言

连铸机生产过程中使用的二冷水大多为浊环水。喷嘴堵塞会使铸坯表面温度不均匀，局部温度过高或者过低，这种铸坯温度的下降和回升，温差可高达数百摄氏度，冷却不均匀将形成铸坯表面裂纹；喷嘴堵塞会降低无缺陷铸坯比例，增加人工清理强度，减少热装率，降低生产效率。对于管线钢、包晶钢和含硼钢等裂纹敏感钢种来说，如果没有喷嘴正常的工作，纵裂、角横裂发生率将大幅提高［1－4］。为了降低连铸喷嘴堵塞，专门成立了降低喷嘴堵塞攻关组，进行大量的研究、探索。针对喷嘴堵塞多种原因逐一分析后，将水处理工艺进行了多次优化，对水处理相关设备进行多处改造。

2 二冷水运行工艺

芜湖新兴铸管炼钢厂有四台连铸机，1＃机为10机10流，冷却工艺为全水冷却；2＃机为10机10流，冷却工艺为气雾冷却；3＃机为6机6流，冷却工艺为气雾冷却；4＃机为6机6流，冷却工艺为气雾冷却。四台铸机二次冷却水均为浊环水。

2.1 二冷水工艺流程

泵房过滤器、连铸机入口过滤器、连铸支管过滤器均为200μm；共计两个旋流井；三座均为长度150m，宽度8m，深度3m的平流沉淀池；吸水井长度18m，宽度3m，深度5m；十台并联复合膜过滤器；四台开式冷却塔。药剂加入分别在平流沉淀池入口加入絮凝剂、助凝剂、除油剂，在浊环水池加入杀菌剂。

图1 二冷水工艺流程图

3 喷嘴堵塞原因分析

3.1 喷嘴堵塞现场调查

炼钢厂常用铸机为1＃、2＃、3＃连铸机，喷嘴堵塞常见类型为块状物堵塞物、黏泥状堵塞物。跟踪统计35浇次，喷嘴堵塞率平均65.98%。

理论分析，喷嘴堵塞物主要包括：氧化物颗粒、设备润滑油脂、微生物滋生的黏泥、钙镁离子等随着水蒸发析出。

3.2 喷嘴堵塞物及管道残留物分析

利用检修时间，查询管道腐蚀情况，管道内壁腐蚀严重。管道残留物随时有脱落的可能，而且在过滤器壳体内壁也存在严重腐蚀。

采用场发射扫描电子显微镜／EBSD观察喷嘴堵塞物形貌（如图2所示）呈团絮状且不规则，半定量分析其主要含有Fe、O、Ca、Al、F、Mg、S等元素，结果如图3所示。

图2 喷嘴堵塞物形貌

图3 喷嘴堵塞物能谱分析

利用XRF检测技术，分析喷嘴堵塞物及管道残留物成分。（见表1、表2所示）

表1 喷嘴堵塞物成分

表2 管道残留物成分

经化验分析，两者成分极为相似，可以确认喷嘴堵塞物直接来源为管道残留物。通过数据显示，管道残留物Fe2O3占比达95%以上，为喷嘴堵塞的主要来源。根据循环水含有物质，可以确认Fe2O3为管道（碳钢材质）腐蚀所致。实际生产中，管道腐蚀物会被泵房出口过滤器、连铸机入口过滤器及支管过滤器所拦截，只能有少量细小颗粒穿过两道过滤器堵塞喷嘴。经现场排查，连铸机支管过滤器壳体为碳钢材质，也存在严重腐蚀，而且支管过滤器后还有碳钢管道，从而确认喷嘴堵塞物来源，主要来自支管过滤器壳体腐蚀及支管过滤器后部分碳钢管道腐蚀物的脱落。管道腐蚀主要原因分析为浊环水中水水质较差，电导率高达2276μS／cm、氯根356mg／l，较同行业高50%～60%，加速了管道腐蚀，另外浊度9.6FTU、悬浮物25.3mg／l、硬度高达433mg／l、含油量11mg／l也加剧了喷嘴堵塞。

4 措施

针对喷嘴堵塞，主要从改造设备、优化工艺、提升管理三方面入手。

4.1 在线增加刮泥板

由于环保原因，平流池清理需要三个月清理一次，平流池沉淀物较多，导致部分浊环水悬浮物来不及沉淀，流出平流池。采用在线增加刮泥板的方式，每天对平流池刮泥，将污泥（沉淀物用天车抓走）及时清理出平流池。有效缓解平流池出口悬浮物外流的问题。

表3 平流池出水悬浮物对比

4.2 零段水管改为不锈钢管

经过工艺排查，确定零段喷嘴和支管过滤器外壳存在碳钢，有锈蚀脱落可能。拆开零段水管检查，发现零段碳钢水管存在锈蚀，因锈蚀脱落部位在过滤器之后，导致锈蚀物直接堵塞喷嘴。

4.3 更换部分锈蚀管道

在生产过程中，经常出现总管过滤器堵塞现象，拆洗过滤器时，发现过滤器内部滤网被锈蚀物及污泥堵塞。为了解决这一问题，逐步进行更换二冷水管道。有效缓解了总管过滤堵塞的问题。

4.4 水处理药剂调整

4.4.1 前移除油剂加入点

最初除油剂加入点设在平流池入口，平流池油污较多，油污下面经常能看到大颗粒悬浮物。化验水中油含量，为了使加入的除油剂与水中油未充分混合，起到油水分离的作用，将除油剂加入点前移至旋流井加入。对比除油剂在旋流井加入前后，水中油含量由11mg／l降至0.55mg／l。

4.4.2 增加阻垢缓蚀剂加入量

为了减小管道腐蚀带来的喷嘴堵塞，一方面更换了部分管道，另一方面经过三个月的逐步试验，增加了阻垢缓蚀剂药量。最终将阻垢缓蚀剂药量增至3.8mg／l，管道锈蚀物脱落明显减少。

4.5 优化二冷水管控制度

4.5.1 过滤器反冲洗及排污

每班复合膜过滤器反冲洗次数，由一次增加为两次。通过反冲洗出水化验，反洗水悬浮物含量明显下降，水质较为清澈。总管及支管过滤器由自动排污，增加为自动排污及手动排污两种方式交替运行。

4.5.2 优化定检定修制度

每年拆洗一次复合膜过滤，缩短为半年拆洗一次。同时根据复合膜进出水压差，压力相差异常时，及时拆开检查陶瓷管是否存在异常，及时进行修复。

每两个月拆洗一次总管过滤器，每月拆洗一次支管过滤器。检查滤网、机械刷等部件运行情况。

4.5.3 建立喷嘴专项清理制度

每次利用停机时间，更换堵塞喷嘴，实行线下彻底处理喷嘴污垢，同时用酸浸泡喷嘴，确保喷嘴清理干净后上线。

5 结论

（1）采用扫描电子显微镜／EBSD观察喷嘴堵塞物形貌不规则呈团絮状，其成分主要含有Fe2O3、CaO、SiO2、Cl－等物质，且Fe2O3质量占比＞95%，分析喷嘴堵塞物主要为管道腐蚀所致；

（2）管道腐蚀主要原因分析为浊环水中水水质较差，电导率高、氯根超标等加速了管道腐蚀和喷嘴堵塞；

（3）通过改善水质、优化设备以及二冷水管控制度等措施喷嘴堵塞率由65.98% 降低至8.35%。