结晶器循环水冷却技术探讨

【摘 要】结晶器被称为连铸机的心脏，是连铸机非常重要的组成部分，对结晶器循环水冷却系统的选择，会对铸坯的生产效率和生产质量造成很大影响。本文对常见的三种结晶器循环水冷却系统进行了详细分析，并结合笔者的亲身实践从经济和技术两个方面对它们进行了探讨。

【关键词】连铸机；结晶器；循环水冷却；探讨

1 引言

连铸机以其能耗低、金属收得率高、生产成本低以及产品质量高等特点，在钢铁行业得到了广泛地应用。结晶器作为连铸机的心脏，高温钢水在结晶器中凝固所释放出的热量绝大部分是由冷却水带走的，因而，结晶器性能的优劣对生产效率和铸坯质量都会造成直接影响。结晶器性能受冷却水水质的影响非常大。在实际操作中，冷却水的暂时硬度一般要控制在80 mg/L（以CaO计）以内，补充水宜采用除盐水或软水。

在实际工作中，为了保证结晶器具有良好的传热效率，杜绝水垢的形成并尽可能地延长结晶器的使用寿命，采用何种冷却方式和冷却水道结构能较经济、合理和适用，需要技术人员根据所在钢铁企业的客观实际情况进行不断地探索。本文以某厂使用的连铸机为实例，从技术和经济两个方面对几种常见的结晶器循环水冷却系统进行了探讨。

2 结晶器循环水冷却系统简介

2.1 开路循环水系统

采用开路循环水系统的结晶器回水直接利用余压上冷却塔，经冷却塔降温后的冷却水再用泵加压送回，此种系统一般采用工业净化水，而对于工业净化水无法满足设备的用水技术条件时，可以将工业净化水和软水混合使用。

2.2 半闭路循环水系统

采用半闭路循环水系统的结晶器回水直接通过热交换器进行冷却降温，然后冷却降温后的水会流入泵站吸水井，最后通过泵加压送回。采用此系统通常要设置缓蚀剂加药装置和二次冷却装置，系统补充水一般采用软化水。

2.3 闭路循环水系统

采用闭路循环水系统的结晶器冷却回水通过二次冷却装置冷却，系统补充水一般采用软水或除盐水。这种系统最大的特点就是水在循环过程中与大气隔绝。该系统一般设有氮封膨胀罐、自动补水装置、事故自动泄水阀，且系统的工作压力由充N2进行控制，自动补水则由膨胀罐内的水位进行控制。与半闭路循环水系统类似，闭路循环水系统也要设置缓蚀剂加药装置和二次冷却装置。

显而易见，因为以上3种循环水系统的的密闭性不同，所以它们的补水方式、补水水质及循环系统水消耗量也存在不同。

3 结晶器循环水冷却系统的设计实例

3.1 设计参数

本文以某厂使用的连铸机为例。依照该厂使用连铸机的资料设计并验证了开路循环水冷却系统、半闭路循环水冷却系统和闭路循环水冷却系统这3种冷却方式不同的系统。其中，半闭路循环水冷却系统和闭路循环水冷却系统冷却水的暂时硬度按小于10 mg/L设计；开路循环冷却水的暂时硬度按60 mg/L设计。

对所设计的三种循环水冷却系统的参数进行比较，见表1所示。

3.2 性能比较

对于开路循环水冷却系统而言，因为水直接与空气接触，存在蒸发损失，再考虑到排污和泄露损失，所以在三个系统中它的补水量最大，本实例中，它的补水量为循环水量的3%；对于闭路循环水冷却系统，随着循环冷却过程的进行，水不存在蒸发、浓缩和排污，所以它的补水量在三个系统中最小，本实例中，该系统的补水量低于循环水量的0.1%；半闭路循环水冷却系统的补水量介于其它两种系统之间，在本实例中，其补水量为循环水量的0.5%。

开路循环水冷却系统水质差，由于系统是开放的，水直接与外界大气接触，所以外界灰尘很容易进入，并且因为阳光照射的缘故，可能出现大量的藻类繁殖，而这些极易产生生物粘泥，进而影响冷却效果，闭路循环水冷却系统则更好相反。

开路循环水冷却系统因直接与大气接触，所以系统中的溶解氧含量通常都较闭路和半闭路循环水冷却系统高，故它的腐蚀率也较另外两者高。

开路循环水冷却系统因为利用了余压，所以有一定的节能效益，但它没有闭路循环水冷却系统对设备回水压力的利用充分，所以节能效果没闭路循环水冷却系统好。半闭路循环水冷却系统因为不能利用余压，所以能耗最高。

开路循环水冷却系统因为不需要设置二次冷却装置，所以建设成本最低，且操作使用简便。

从表1可知，因为开路循环水冷却系统的年补充软水量最高，所以系统的年能源消耗费用最高；而闭路循环水冷却系统的年补充软水量和年耗电量最低，所以它的年能源消耗费用最低。

综上可知，在投资允许的情况下，推荐采用软水闭路循环水冷却系统，它具有安全、经济、节能、水质好和腐蚀小等优点。

3.3 暂时硬度的设计值与补充水暂时硬度的关系

如果已经确定结晶器冷却水的暂时硬度值，则在进行系统设计时必须对补充水的形式进行充分考虑。

根据《连铸工程设计规定》的规定，结晶器冷却水暂时硬度的设计值以CaO计要控制在10.0～80.0 mg/L的范围之内。在我国北方的一些地区，原水的暂时硬度通常都较高。因此，连铸结晶器冷却水质暂时硬度的设计值可以设为低于40.0 mg/L，宜采用软水闭路循环水冷却系统。

与此不同的是，我国南方一些地区的原水暂时硬度较低。所以，结晶器冷却水质暂时硬度的设计值可以设为80.0 mg/L左右，可采用开路循环水冷却系统，并采用部分工业水和部分软水混合的方式进行系统补水。显而易见，这时的软水补充量相对少，设备投资小，既合理又经济。

4 结束语

通过以上分析可知，在开路循环水冷却系统、半闭路循环水冷却系统和闭路循环水冷却系统三种系统当中，闭路循环水冷却系统具有冷却水水质好、软水补充量小和能耗低等优点，在投资允许的情况下，是原水暂时硬度较高地区的首选方案。当然，对于那些原水暂时硬度较低的地区，可以考虑采用开路循环水冷却系统。因为开路循环水冷却系统的补充水可采用工业水和软水混合使用的方式，所以软水补充量相对少、系统的运营成本较低。

参考文献：

[1]吴新国，刘鑫，朱贻钧等.连铸结晶器循环水处理的研究[J].工业水处理，2008（2）.

[2]欧阳鹏，李丽.连铸结晶器及设备冷却水系统优化[J].武钢技术，2009（1）.

[3]鲁军，邹冰梅，罗利华等.板坯连铸机冷却水系统的完善与应用[J].工业加热，2011（4）.

[4]李志强，李晓桥，王敦旭.连铸结晶器冷却水道设计思路[J].铸造设备研究，2007（4）.

[5]王旭旦，许国峰，净晓星.连铸结晶器除盐水密闭循环冷却水系统运行实践[J].冶金动力，2011 （5）.