湍流式高效穿水冷却器在轧钢生产线上的应用.pdf

第 2 7卷 第 3期 2 0 0 7年 3月 工业水 处 理 I n d u s t r i al W a t e r T r e a t me n t V0 L 27 No ． 3 Ma r ． ， 2 0 07 湍流式高效穿水冷却器在轧钢生产线上的应用 肖拾根 ，谢斌 ， 祝 赛华 南昌钢铁有限责任公司， 江西 南昌 3 3 0 0 1 2 [ 摘 要]针对棒材厂产量大幅提高后 ， 冷床能力严重不足 和剪前温度过高 ， 应用 了湍流式 高效穿水冷却器进 行冷 却 ， 以降低终轧温度和上冷床的温度 ， 解决钢材二次氧化问题 ， 改善 了钢材 的机械性能 和焊接性能 ， 并 为轧钢系统开 发新的产品作好铺垫。 [ 关键词 ]二次氧化 ； 穿水冷却器；机械性能 ；焊接性能 【 中图分类号 ] T Q 0 2 8 ． 8 【 文献标识码 ]B【 文章编号 ]1 0 0 5 8 2 9 X 2 0 0 7 0 3 0 0 7 2 0 3 Ap p l ic a t i o n o f t h e t u r b u le n t r a p i d s t y p e 0 f h i g h ly e ff i c i e n t p a s s i n g wa t e r c o o ler t o s t e e l r o l l i n g l i n e s Xi a o S h i g e n，Xi e B i n，Z h u S a i h u a N a n c h a n gI r o n S t e e Z C o ． ， L t d , ， N a n c h a n g3 3 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s t r a c t S i n c e o u t p u t q u a n t i t y o f s t e e l b a r p l a n t s h a d b e e n i n c r e a s e d l arg e l y ， t h e a b i l i t y o f c o l d b e d s w a s s e ri o u s l y i n s u f fic i e n t ． a n d t h e t e mp e r a t u r e w a s t o o h i g h ． T u r b u l e n t r a p i d s t y p e o f h i g h l y e f fic i e n t p a s s i n g w a t e r c o o l e r c a n b e u s e d t o c o o l d o wn t h e t e mp e r a t u r e， r e d u c i n g t h e fi n i s h i n g r o l l i n g t e mp e r a t u r e a n d u p p e r c o l d b e d t e mp e r a t ure ． T h e s e c o n d o x i d a t i o n p r o b l e m c a n t h e r e f o r e b e s o l v e d ． T h e me c h an i c a l an d we l d i n g c a p a c i t i e s h a v e be e n i mp r o v e d b y t h i s k i n d o f c ool e r ． I t p r e p a r e s w a y s f o r d e v e l o p i n g n e w p r o d u c t s i n s t e e l r o l l i n g s y s t e ms ． K e y wo r d s s e c o n d o x i d a t i o n；p a s s i n g w a t e r c o o l e r ；me c h a n i c al c a p ab i l i t y； we l d i n g c a p ab i l i t y 表 3 N X一 3 8 3复合水处理剂的动态模拟 试 验评 价 结果 4现场应 用 将 N X一 3 8 3复合水处理剂在邯钢焦化厂一 回收 车间初冷器循环水系统中进行现场应用， 同时与系统 原使用的某药剂进行两周的对比试验， 结果见表 4 。 表 4 N X一 3 8 3复合水处理剂在现场的对比试验结果 从表 4可以看出， N X一 3 8 3复合水处理剂明显好 于循环冷却水系统原使用的药剂 ， 其防腐性在 C r 质量 浓度 1 0 0 0 mg ／ L的条件下， 腐蚀速率 O ． 1 2 5 m m ／ a 。 邯钢焦化厂于 2 0 0 5年开始在初冷器循环水系 统和制冷水系统使用 N X一 3 8 3复合水处理剂 ， 同时 一 72 一 进行 了旁路 监测 ，两个 系统 的碳钢腐蚀速 率均 O ． 1 0 0 m n l ／ a ， 紫铜的腐蚀速率均 0 ． 0 0 5 m m ／ a 。 2 0 0 6 年 6月 。大检修期间打开了循环段和低温段的初冷 器封头 。检查冷却管的堵塞情况 ，未发现管内有硬 垢 。 说明阻垢效果 良好。 5结论 通过对 N X一3 8 3药剂 的实验室评 价和现场应 用证明。 该药剂在高硬度 、 高氯离子的水系统 中具有 良好的缓蚀阻垢效果 ，为中水 回用于冷却水系统提 供 了保障。 [ 参考 文献 ] [ 1 ] 周本省． 工业水处理 技术 [ M] ． 第 2版． 北京 化学工 业出版 社 ， 2 0 o2 5 -7 ． [ 2 ] 杨文忠 ， 唐永 明 ， 马 迎军 ， 等 ． 循 环冷却水 处理 新化学 药剂 的发 展 [ J ] ． 工业用水与废水 ， 2 0 0 0 ， 3 1 6 1 - 3 ． [ 3 ] 中国石油化工总公司生产部发展部． 冷却水分析和实验方法 [ M] ． 第 2版． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 3 3 7 1 3 8 3 ． f 4 ] G B 5 0 0 5 0 1 9 9 5， 工业循环冷却水处理设计规范 [ S 】 ． 【 作者简介 】李 k 1 9 7 4 -- ， 1 9 9 6年毕 业于河 北工业大学 ， 现为 天津大学化工学院硕士研究 生。 电话 0 3 1 0 - 6 0 7 4 4 0 2 ， E ma i l l ix u e s o n g 5 8 s o h u ． c o m。 【 收稿 日期 】 2 0 0 61 0 2 0 修改稿 维普资讯 工业水处理 2 0 0 7 0 3 ， 2 7 3 肖拾根， 等湍流式高效穿水冷却器在轧钢生产线上的应用 南 昌钢铁有限责任公 司棒材厂于 2 0 0 1年正式 投产 ．该厂原设计生产 4 0万 t ／ a的 D1 2 3 2 mm的 螺纹钢及 D1 8 3 2 mm的圆钢棒材生产线 ．经几次 工艺改造后 ， 其生产能力达到 9 0万 t ／ a 。 要保证现有 产钢量和产 品质量 ． 原有控制水冷系统 已不 能使钢 材得到有效冷却， 使其力学性能不稳定 ， 制约了Ⅲ级 以上钢筋的开发和部分大规格产品的产量 。为此 ． 该厂于 2 0 0 6年 1 月 1 6日采用湍流式穿水冷却装置 对原有冷却水系统进行了改造 ． 为该厂突破 l l 0万 t ／ a 产量奠定了基础。 1 原控 制水 冷 系统 原控制水冷段浊环冷却水系统 由中冶集 团马鞍 山钢铁设计研究总院设计 ， 该系统包括 控制水冷装 置 、 旋流沉淀池 、 化学除油器 、 浊环冷热水池 、 冷却 塔、 水泵和一些管道、 污泥处理设备。其 中控制水冷 装置原设计为双层套管式穿水冷却器。其用水量为 4 4 0 m3 ／ h ， 水压 0 ． 4 0 ． 6 MP a ， 水温在 3 3℃左右 ， p H 7 ． 7 ， S S质量浓度 2 7 ． 2 mg ／ L 。 控制水冷装置原采用双 层套管式穿水冷却器 ， 其原理是靠其 内管上的小孔 起喷射助流作用来 冲破沸腾膜 隔热保护层 ， 小孔 出 的大小和数量受到进水管径和 内孔 尺寸的影 响， 过 水水质要求含杂质较少 ． 但 当产量增加 ， 后续水处理 能力不够时， 因水 中含颗粒物质较多， 小孔常常被阻 塞而影响冷却效果。 又因内管水流流动受到限制 ， 钢 材与水不能充分接触 ． 特别是接近冷却器出 口位置 ， 水 的利用率更低 。同时易使轧件头尾温差大而使钢 材金相组织结构难成细化晶粒， 片状珠光体之间的间 距相对较大 ． 从而影响钢材的力学性能。特别是当轧 机成品线速很大时 成品速度最高 1 8 m ／ s ， 双层套管 式穿水冷却器不但不能很好冷却轧件 ，而且经常发 生跑钢事故 ．甚至造成轧件飞出。由于冷却效果不 好 ． 造成后续冷床的冷却能力不足． 剪前和打捆温度 高 ． 使钢材的性能受到较大的影响。 在轧制低合金钢 时 ． 因终轧温度超过 1 0 0 0℃， 导致钢材表面发生二 次氧化而影响产品质量 。 为了提高冷却效果 ， 要求冷 却水温度控制在 3 5℃以下 ． 甚至更低 ． 这使得后续 水处理变得复杂。 2 湍流式穿水冷却 系统 湍流式穿水冷却装置包括 导位装置、 湍流式穿 水冷却器、 导管 、 收水装置和阻水装置等 见图 1 。 邕 导 管 穿 水冷却 器 图 1 湍流式穿水冷却装置 湍流式穿水冷却装置的核心部分为湍流式穿水 冷却器和导管。该穿水冷却器长 3 0 0 m m， 由 1 2 -1 6 根湍流管 、 进水导管 、 入 口装置 、 出口过滤箱、 回水管 路、 出口引导管组成。湍流管管径和进水导管管径 需根据喷水 的强度和轧件外形尺寸进行设计。湍流 管的喷水方 向与轧件方 向成锐角 ， 角度大小根据轧 件的力学性能而定 ， 主要是避免高压水 冲破隔热保 护膜后对轧件造成冲击而使轧件内部组织发生不 良 变化。为了使冷却效果更好 ， 设计湍流管 的进 口扩 张角小 ， 出口扩张角大， 使水流速度稍慢 ， 这样水流 冲击轧件不易产生回水。在轧制生产线上经常采用 2 3个穿水冷却器串联使用 的方式 ， 每个冷却器的 湍流管交替设置 ， 可使轧件的保护膜全方位被破坏。 导管的设置长度约 2 3 m， 导管内壁呈波浪型， 轧件 方向与水流方向相同， 以致导管内的水流为湍流 翻 滚状 形式 ， 使水与钢全面接触 ， 提高了水 的利用率。 在导管的尾部设置收水装置 ．收水器的出水管高出 导管合适的高度后弯下 ． 使水能与轧件充分热交换。 为了让大部分水从导管中经过 ，在导位装置处通以 压缩空气 ． 阻止水从导位 口流出． 在导位装置与穿水 冷却器 间设立排气。 冷却轧件螺纹钢等带肋钢筋时， 为防止部分水随横肋带出，在湍流式穿水冷却装置 末端设置孔板 ． 通入压缩空气。 根据上述原则也可制 作出双线穿水冷却装置、 三线穿水冷却装置。 3 湍流式穿水冷却器使用效果 南昌钢铁有限公司棒材厂 “ 湍流式穿水冷却系 统”投入正常运行后 ．穿水冷却用水量约为 3 7 0 5 7 0 m3 ／ h ，水 压 1 ． 9 2 ． 1 MP a ， p H 7 ． 8 ， S S 6 2 ． 8 mg ／ L 3 维普资讯 经验交流 工业水处理 2 0 0 7 0 3 ， 2 7 3 此 p H和悬浮物质量浓度均为平均值 ， 水温控制在 3 5 ℃ 可允许 4 0～ 5 0℃ ， 在水路循环上 ， 用 湍流式 穿水冷却器装置替换原有的控制水冷装置和在精轧 机组前设置预穿水冷器 ， 除对原有穿水冷却器供水 泵 、 供水管 、 冷却塔进行相应改造外 ， 其他水循环 系 统不变 ； 另湍流式穿水冷却 系统工作状况可视轧制 情况人工调整 ， 供水的压力和流量根据轧件的规格、 直径 、 材质和降温等要求人工调节。在生产工艺上 湍流式穿水冷却器 的设置位置如图 2所示。 器 H 萎 H 妻 H H H H 图2湍流式穿水冷却装置安装位置 棒材轧钢生产线设备布置紧凑 ． 湍流式穿水冷 却装置的设置刚好可 以预留出双线 、 三线穿水冷却 轧件 自然分叉和收拢的合理距 离 ， 确保 了轧件运动 的流畅 ， 在中轧机组 1 2 ～1 4 “ 架轧机 与精轧机组 1 4“～ 1 8 成品轧机架 之间装设 长 3 i n的单线预穿 水冷却装置， 轧制大规格钢材时 ． 1 4“ 1 8 成品轧机 架的终轧温度小于 1 0 0 0℃，在精轧机组与冷床间 设置一套总长约 1 0 m 设 3段单线穿水冷却装置 的 顺轧制方向喷水 的冷却器装置 ， 保证了 D 1 2 ～ 2 0 mm 规格 自回火温度在 7 0 0℃以下 ， D 2 2 ～ 3 2 m i l l 规格的 轧件回火温度在 7 5 0℃以下 。表 1列出了改造前后 热轧带肋钢筋的化学成分及性能 。可以看出 ， 以上 几种螺纹钢的力学性能更稳定 ，新产品 2 0 Mn S i U 表 1 改造前后热轧带肋钢筋化学成分及性能 化 学 成 分 C Mn S i Nb C Mn S i Nb 质量分数／ ％ 0 ． 2 3 1 ． 3 9 0 ． 6 5 0 ．0 3 4 O ． 2 2 1 ． 2 6 0 ．4 5 O ． 0 0 7 2 0 Mn S i Nb 屈服强度／ MP a 4 7 5 4 9 5 抗拉强度／ MP a 6 0 0 6 3 0 注 数据为 4个批 号的平均值 。 级 、 2 0 Mn s i Ⅲ级螺纹钢在 G B 1 4 9 9 -- 1 9 9 8的基础上 将锰 、 C含量降低 ， 并增强了屈服强度 、 抗拉强度及 伸长率 ，保 证 了焊接性 能和其 他性能 均达到 G B 1 4 9 9 -- 1 9 9 8中对 H R B 3 3 5 、 HR B 4 0 0级 螺纹钢 的要 求。同时为突破 l 1 0万 t ／ a 产量奠定基础。 从力学性能的对照来看 ，冷却系统改造后钢材 的屈服强度平均提高了 5 0 ～ 6 0 MP a 、 抗拉强度提高 了 3 0 ～ 4 0 MP a ； 湍流式穿水冷却系统使在线高温钢 材达到钢材金相组织的细化要求 ．有效地解决了钢 材的二次氧化问题 ， 提高 了钢材的可焊接性能 ， 解决 了以前冷却方式存在的问题 ，并减少了后续水处理 的工作。估计每吨钢可降低成本 3 0元 ， 并为Ⅲ级钢 的进一步研究和开发提供 了广阔空间。 [ 作者简 介]肖拾根 1 9 7 7 一 ， 2 0 0 1 年毕业 于南 昌大学给水排水工 程专业 ，助工 。电话 0 7 9 1 8 3 8 6 0 8 3 ， E - m a i l x s g 5 0 1 6 3 ． corno [ 收稿 日期]2 0 0 61 0 2 0 修改稿 国外技术信息 一 种新 型阻垢剂 的实验 室和现 场应 用试验H a i ． Y a h L i ． We i Ma ， L uWa n g ， e t a 1 ． D e s a l i n a t i o n ， 2 0 0 6 ． 1 9 6 1 - 3 2 3 7 2 4 7 在海水脱盐 的反渗透 系统 中 。 膜结垢问题严重影 响系统 的正 常运行。在大连反渗透脱盐厂用大连地 区海水研 究了反 渗透膜结垢 的问题 。基 于大连地 区海水 的特点 ， 一种环境友 好 、 可生物降解 的阻垢剂 P A P l 在实验室被合成 。通过实验 室和现场应用试验研究 了 P A P l 抑制钙、 镁垢的性能 。实验 室试 验结果表 明， 当水中钙 、 镁质量浓度分别 为 l 0 0 0 、 2 8 0 0 m g ／ L时 ， 适 当的药剂投加量为 3 ～ 5 m 。 原水 p H范围为 3 9 ， 9 m 的 P A P l阻 钙垢 率 和 阻镁 垢率 分 别为 9 7 ． 2 4 ％ 、 9 8 ． 6 3 ％。对 P A P l和 N a l c o P e r m a t r e n t 一 1 5 1 进行 了性能 比较 试验。结果表明， 这两种药剂 的阻垢性能相似。同时 ， 藻类生 长抑制 试验结 果 表明 ， P A P l的投 加对 藻类 的生长 没有 影 一 7 4 一 响 ， 说 明 P A P - 1没有毒性 ， 是环境友好 的阻垢剂 。 用 电化学阻抗谱法 研究冷却水 系统腐蚀和结垢 过程 以及它 们的抑制机理J ． M a ti n ． C r u z ， R ． C a b r e m- s i e r a ． M． A ． P e c h C a n u 1 ． E l e c t r o c h i m a c a A c t a ， 2 0 o 6 ， 5 l 8 9 l 8 4 7 一 l 8 5 4 用电化学阻抗谱法 E I S 研究 了碳钢／ 冷却水界面 ， 揭示 了碳钢／ 冷却 水界面 腐蚀和结垢产 物层 的形 成和演化 过程 。 发现该层的性质取决于使用的抑制剂 的性能 。如缓蚀剂羟基 膦酰基乙酸 H P A 与 C a 2 离子螯合生成的产物层具有很好的 缓蚀作用。另外， 阻垢剂 H E D P进入碳酸钙 晶体表面， 改变了晶 体结构， 减少了界面上垢的形成 ， 同时还有缓蚀的功能。考察了 两种药剂 的协 同效果 。 实验证明它们具有很好 的协 同缓蚀阻 垢 效果 。 以上由李绍全供稿 维普资讯