隨著鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展，連鑄技術(shù)已被越來越多地被鋼鐵企業(yè)采用，我國的連鑄比大幅度上升。連鑄工藝省去了模鑄和初軋開坯的工序，鋼水直接流入連鑄機的結(jié)晶器，使液態(tài)金屬急劇冷卻，從結(jié)晶器尾部拉出的鋼坯進入二次冷卻區(qū)，二次冷卻區(qū)由輥道和噴水冷卻設(shè)備構(gòu)成。連鑄生產(chǎn)中的主要用水工序有結(jié)晶器冷卻水、設(shè)備間接冷卻水、鑄胚及設(shè)備噴淋用水等。各工序?qū)┧|(zhì)要求如表1所示。
連鑄循環(huán)水可分為凈環(huán)水和濁環(huán)水。其中凈環(huán)水系統(tǒng)主要供結(jié)晶器、設(shè)備間接冷卻等用水。使用后水溫度升高，水質(zhì)未受到污染，主要用于降溫、濃縮率的管理和水質(zhì)穩(wěn)定等。濁環(huán)水主要供設(shè)備和鑄坯噴淋冷卻、切割渣?；皼_氧化鐵皮用水。用后水溫升高，水質(zhì)受到污染，水中含有大量氧化鐵皮微粒和少量油類。除沖氧化鐵皮用水（水質(zhì)、水溫要求低），經(jīng)一級沉淀即可循環(huán)使用外，其余水一般經(jīng)二級沉淀、過濾、除油、冷卻后循環(huán)使用。
凈環(huán)冷卻水中的儀器應用
凈循環(huán)水由于水質(zhì)要求高，一般用軟化水，必須處理好水質(zhì)穩(wěn)定問題。采用脫硬后的軟水腐蝕速度加快。如果在水的硬度、堿度較小的地區(qū)，也可采用工業(yè)水。表2是某大型鋼廠連鑄結(jié)晶器循環(huán)冷卻水的控制指標。
由于凈環(huán)水硬度、堿度都較低，容易吸附結(jié)晶器表面的陽離子，因此循環(huán)過程中容易產(chǎn)生腐蝕。此外，結(jié)晶器鋼液附近水溫高達100~150℃，容易造成結(jié)垢，影響結(jié)晶器的傳熱，導致鋼液無法形成較大強度的胚殼，造成廢胚或缺陷胚。因此保證凈環(huán)水水質(zhì)的合格是保證生產(chǎn)出合格鑄胚的必要條件。根據(jù)上述控制指標，在連鑄凈環(huán)水中可使用的在線水質(zhì)分析儀器如表3所示。
濁環(huán)冷卻水中的儀器應用
濁環(huán)水指設(shè)備和產(chǎn)品的直接冷卻水主要是指二次冷卻區(qū)產(chǎn)生的廢水，大量的噴嘴向拉輥牽引的鋼坯噴水，進一步使鋼坯冷卻固化，此水受熱污染并帶有氧化鐵皮和油脂。二次冷卻區(qū)每噸鋼耗水量一般為0.5~0.8m3。含氧化鐵皮、油和其他雜質(zhì)以及水溫較高，這是二次冷卻水的特點。連鑄機濁環(huán)水要求較高，特別是二次噴淋和設(shè)備噴淋冷卻，要求冷卻水中懸浮物含量小于20~50mg/L，噴嘴直徑一般小于2mm，因此，水處理流程的選擇是否合理直接影響連鑄的正常生產(chǎn)。濁循環(huán)水處理的主要目的是除濁、除油、降溫和濃縮率管理。除濁主要是去除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮，一般占鑄坯產(chǎn)量的0.2％~0.5％；除濁的主要手段為沉淀和過濾。
濁循環(huán)水處理流程一般有如下方案：
二級水處理方案，即一次沉淀和過濾，一次鐵皮坑需除去0.2mm以上的氧化鐵皮，處理后的水中懸浮物含量不大于60mg/L，可供沖氧化鐵皮和設(shè)備直接冷卻。雖可省去二次鐵皮沉淀池及相應的設(shè)施，但一次鐵皮坑容積較大，構(gòu)筑物較深，施工難度大，造價高，故一般很少采用。
三級水處理方案，即一次沉淀、二次沉淀和過濾的方案。一次鐵皮坑需除去0.5mm以上的氧化鐵皮，出水懸浮物含量小于150mg/L，可供沖氧化鐵皮用水，并保證供水泵不受嚴重磨損，所以一次鐵皮坑容積小，造價低。二次沉淀通常采用平流沉淀池，要求除去0.2mm以上的氧化鐵皮，出水懸浮物小于60mg/L，一般為地上式構(gòu)筑物，施工和生產(chǎn)管理方便，且已有與之相配套的除油刮渣設(shè)備，因此在連鑄濁循環(huán)水系統(tǒng)中廣泛地采用三級水處理工藝。
根據(jù)濁環(huán)水的上述特點以及處理流程，其中可使用的在線水質(zhì)分析儀器如表4所示。
連鑄車間循環(huán)水的處理
在連鑄工藝中，不論是凈環(huán)水還是濁環(huán)水的監(jiān)測都是為了最大限度的避免腐蝕和結(jié)垢問題。因此，除了對水質(zhì)進行必要的監(jiān)測以外，還需要對循環(huán)水投放緩蝕/阻垢劑來調(diào)整循環(huán)水的水質(zhì)。通常采用的緩蝕/阻垢劑是以聚磷系產(chǎn)品為主，因此需要監(jiān)測水中的含磷情況，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水中的緩蝕/阻垢劑的含量。
濟鋼集團現(xiàn)有資產(chǎn)總額228億元，主要生產(chǎn)工藝有焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼。經(jīng)過近年來不斷的技術(shù)革新和經(jīng)營轉(zhuǎn)型，其中厚板生產(chǎn)、出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標居全國前列。集團還通過了質(zhì)量、安全、環(huán)境管理國際認證，并在全行業(yè)率先實現(xiàn)三體系整合和營銷服務體系認證。
濟鋼推行清潔生產(chǎn)，安全生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的目的，是以最少的資源消耗、最小的環(huán)境代價實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵是做好工業(yè)物質(zhì)和能源的大、中、小循環(huán)。按照上述三個循環(huán)層次，鋼鐵工業(yè)可主要從提高鐵素資源利用效率、能源循環(huán)利用率、水循環(huán)利用率和固體廢棄物利用率等四個方面入手實施循環(huán)經(jīng)濟。其中，鋼鐵工業(yè)的水循環(huán)利用，就是要建立工序內(nèi)部、廠內(nèi)、廠際多級用水循環(huán)思想，提高水循環(huán)的濃縮倍率，實現(xiàn)水資源消耗減量化，減少循環(huán)系統(tǒng)的工業(yè)廢水排放量。
采用高效、安全可靠的先進水處理技術(shù)和工藝，提高水的循環(huán)利用率，進一步降低噸鋼耗新水量是實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)水循環(huán)利用的主要措施。采用先進工藝對循環(huán)水系統(tǒng)的排污水及其他排水進行有效處理，使工業(yè)廢水資源化，實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放。
濟鋼動力廠在美國HACH公司的配合下，建立了水質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)，為生產(chǎn)供水、完善生產(chǎn)工藝過程提供了科學的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)集中管理和優(yōu)化調(diào)度。系統(tǒng)使用了HACH公司生產(chǎn)的水質(zhì)分析儀器，配合國產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集單元以及現(xiàn)場操作員站。水質(zhì)在線分析儀器根據(jù)水處理系統(tǒng)的給水水質(zhì)要求和現(xiàn)場條件，安裝在循環(huán)水供給用戶之前，如固體懸浮物Solitax、硬度APA6000、電導率E53、總磷PhosPhax 、堿度APA6000、pH P53等儀器的使用，對重點參數(shù)的監(jiān)測在鋼鐵生產(chǎn)供水工藝過程中起著至關(guān)重要的作用。
在中循環(huán)水監(jiān)測自動化控制項目中的應用
在燃氣電廠凈環(huán)水系統(tǒng)中水質(zhì)在線監(jiān)測儀器硬度/堿度APA6000的使用，可以監(jiān)測循環(huán)水管道的結(jié)垢腐蝕的實際情況，避免堵塞、泄漏和爆管事故發(fā)生。對于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)而言，經(jīng)常遇到的嚴重問題是污垢沉積，在水質(zhì)處理長期達不到工藝要求的情況下，會造成管路腐蝕從而引起泄露，也可能會造成阻塞引起輸水困難、能源浪費。硬度和堿度是反映水中結(jié)垢情況和腐蝕情況的重要參數(shù)，濟鋼以往依靠人工定期進行取樣監(jiān)測，不能夠及時反映循環(huán)冷卻水的水質(zhì)情況，往往當監(jiān)測到的數(shù)值有明顯變化時，管路已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕情況，造成生產(chǎn)工藝的嚴重滯后。
哈希公司的硬度/堿度APA6000測定儀在系統(tǒng)中的使用，可完成儀器實時采樣、準確在線分析凈環(huán)水系統(tǒng)中的硬度、堿度變化，測量結(jié)果以圖形趨勢曲線和數(shù)字格式顯示，內(nèi)置在儀器內(nèi)部的SIO模塊可采集并儲存30天的詳細歷史數(shù)據(jù)。通過APA6000硬度和堿度儀，供水車間及時掌握管道凈環(huán)水的循環(huán)水質(zhì)的變化，并以此作為依據(jù)來控制穩(wěn)定劑的投加，有效的保證了燃氣電廠發(fā)電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。
實現(xiàn)磷系緩蝕/阻垢劑投加量的自動化控制
和國內(nèi)絕大多數(shù)循環(huán)冷卻水處理工藝一樣，燃氣電廠凈環(huán)水使用聚磷系的緩蝕/阻垢劑來防止管道結(jié)垢堵塞和腐蝕，因為磷系緩蝕/阻垢劑同時兼有緩蝕和阻垢作用且無毒經(jīng)濟。但是磷系緩蝕/阻垢劑容易水解，水解后緩蝕/阻垢效果降低，會出現(xiàn)管道被腐蝕或堵塞的情況。然而，加大藥量后，就必須要加大排污量以防止水解生成的正磷酸鹽生成磷酸鈣垢，這同樣對管道會造成損害；另一方面，投藥量越大，濃縮倍率越高，管道腐蝕也會加劇，因此嚴格控制循環(huán)水中磷的含量是非常重要的。
燃氣電廠在凈環(huán)水加藥系統(tǒng)上安裝了哈希公司的總磷PhosPhax分析儀后，完全實現(xiàn)了對水中總磷含量的實時監(jiān)控，反映出磷系藥劑在循環(huán)水中的濃度，根據(jù)電磁流量計輸入量，由PLC的輸出模塊，控制調(diào)節(jié)池的磷系緩蝕阻垢劑加藥量（控制定量投加泵），構(gòu)成閉環(huán)控制。一方面，嚴格控制了管道的結(jié)垢、腐蝕；另一方面，由于采用自動監(jiān)測與控制，大量節(jié)省了人工檢測時間和勞動量，也徹底改變了過去僅憑經(jīng)驗人工加藥的工作模式。提高工作效率的同時，還達到了節(jié)藥節(jié)電的目的，大大減少了生產(chǎn)成本。
使循環(huán)水濃縮倍率一目了然
濃縮倍率表明了系統(tǒng)中鹽分的濃縮程度，其值等于循環(huán)水的含鹽量與補充水的含鹽量之比，常以某種不易揮發(fā)、不易沉淀，且在處理過程中沒有被加入的離子，如Cl-、SO42-等的濃度來計算。提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍率，可以減低補充水的用量，從而節(jié)約水資源，降低排污水量，減少對環(huán)境的污染和廢水的處理量，同時提高濃縮倍率，并節(jié)約水處理藥劑的消耗量。但過高濃縮倍率也會使水的結(jié)垢傾向增大，從而使結(jié)垢控制的難度增加。因此，根據(jù)實際情況控制合理的濃縮倍率對于整個循環(huán)水處理過程意義很大。
由于在線測量Cl-、SO42-難度較大，成本昂貴，在哈希公司的建議下，濟鋼動力廠采用E53電導率分析儀，通過測量水中的電導率來反映循環(huán)水的濃縮倍率，測量更加方便直觀。從而保證了用戶對循環(huán)冷卻水濃縮倍率了如指掌，并能合理適時進行補水和排污。
小結(jié)
在煉鋼車間的連鑄工藝過程中，循環(huán)冷卻水十分重要。凈環(huán)水主要用在連鑄結(jié)晶器和設(shè)備間接冷卻供水中，這部分水是封閉循環(huán)，因此水質(zhì)要求主要以防腐防結(jié)垢為主，需要重點監(jiān)測其pH、電導、硬度、堿度、懸浮物等指標。濁環(huán)水主要用在鑄胚和噴淋用水中，直接和鋼胚接觸，含有大量的氧化鐵皮、油等雜質(zhì)，因此，降低濁度和含油量是關(guān)鍵所在，控制濃縮倍數(shù)，需要重點監(jiān)測電導率、懸浮物和水中油等參數(shù)。HACH公司生產(chǎn)的水質(zhì)分析儀器，配合國產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集單元以及現(xiàn)場操作員站，在線監(jiān)測水中的重要參數(shù)對生產(chǎn)供水工藝過程起著至關(guān)重要的作用
