Стабилизационная обработка воды в системе оборотного водоснабжения машины непрерывного литья заготовок

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

УДК 66.045.1

Н.В. Телин, Н.Н. Синицын, А.Ф. Соколов, И. В. Кобзев, А. А. Лобанова

СТАБИЛИЗАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

N. V. Telin, NN. Synitsyn, А. V. Sokolov, I. V. Kobzev, A.A. Lobanova

WATER STABILIZATION TREATMENT IN WATER RECYCLING SYSTEM IN CONTINUOUS CASTING MACHINES

В статье рассматриваются химические реагенты для стабилизационной обработки воды в системах оборотного водоснабжения металлургических машин, представлены результаты испытания химических реагентов на кристаллизаторах и оборудовании машины непрерывного литья заготовок кислородно-конвертерного цеха ОАО ММК. В ходе испытаний в оборотную воду дозировался ингибитор D-4642, содержащий в своем составе ингибитор отложений карбонатов, железа и взвешенных веществ; анодный и катодный ингибиторы коррозии; буфер для стабилизации рН. Применение ингибитора позволяет уменьшить скорость коррозии на охлаждаемых поверхностях в 6 - 7 раз.

Кристаллизатор, поверхность, вода, коррозия, отложения, реагенты, ингибитор, купоны.

The paper describes chemical reagents for water stabilization treatment in water recycling systems in metallurgical machines, presents the results of testing chemical reagents in crystallizers and continuous casting machines in oxygen-converter plant within MMK pic. During testing, recycled water was dosed with D-4642 inhibitor for carbonates, iron and suspended materials precipitations; with anode and cathode corrosion inhibitor; with buffer for pH stabilization. Usage of inhibitors makes it possible to reduce corrosion rate on cooled surfaces by 6 - 7 times.

Crystallizers, surface, water, corrosion, precipitation, reagents, inhibitor, coupons.

Ранее для охлаждения кристаллизаторов и оборудования кислородно-конвертерного цеха ОАО ММК использовалась оборотная техническая вода. Подпиткой чистого цикла служила речная вода или вода из пруда-охладителя. Наличие больших перетоков из чистого цикла в грязный (до 2400 м3/ч) и обратно приводило к тому, что состав воды чистого и грязного циклов отличался незначительно. Присутствующие в охлаждающей воде примеси образовывали отложения на поверхности медного кристаллизатора и оборудования со стороны воды, особенно при высоких температурах (до 130 °С). Отметим, что наличие отложений с теплопроводностью 0,15 - 2,33 Вт/(м • К) создает изоляционный слой, который препятствует нормальному расчетному теплообмену, что приводит к:

- уменьшению толщины мелкозернистой части слитка;

- снижению стойкости медных пластин кристаллизаторов;

- повышению вероятности прорывов жидкого металла;

- повышению дефектности слитков;

- повышению себестоимости разливаемой стали;

- снижению общей эффективности производства.

Именно из-за возможности образования отложений ведущие мировые производители кристаллизаторов в 1990-х гг. потребовали использования деминерализованной или умягченной воды для систем охлаждения кристаллизаторов. Однако при использовании деминерализованной или умягченной воды возникают проблемы другого рода -коррозия и отложения продуктов коррозии на поверхностях охлаждения.

При высоких скоростях разливки тепловые потоки в кристаллизаторе в зоне мениска могут превышать значение 3000 кВт/м2. Минеральная накипь или слой отложений толщиной 20 микрон (0,02 мм) в зоне мениска может привести к серьезному перегреву стенки кристаллизатора. При значительном появлении отложений на поверхности каналов охлаждения также происходит перегрев рабочей поверхности медного кристаллизатора. Таким образом, повышение скоростей разливки,

появление отложений на поверхности охлаждения приводит к повышению температур медных плит кристаллизаторов, которые достигают температур разупрочнения меди (250 °С - для горячедефор-мированной медной заготовки, 260 - 280 °С - для меди марки М1р, 350 °С - для меди марки МСр), что приводит к снижению их прочности и повышенному износу. Чтобы избежать минеральных отложений на поверхности охлаждения, требуется подпитка воды в систему охлаждения с «качеством питательной котловой воды». Таким образом, для исключения отрицательного влияния воды на технологический процесс разливки стали на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) необходимо проводить полную обработку воды, включающую защиту поверхностей охлаждения от накипи, коррозии, отложений коррозии и микробиологических отложений. Одним из эффективных способов защиты охлаждаемой поверхности кристаллизатора и оборудования от коррозии, на-кипеобразования и возникновения микробиологических загрязнений является реагентная обработка охлаждающей воды. При использовании в закрытых водооборотных циклах «правильных» ингибиторов коррозии можно успешно контролировать скорость коррозии на уровне 0,01 - 0,03 мм/год для углеродистой стали и предотвращать образование продуктов коррозии и отложений на поверхностях охлаждения.

ООО «Компанией "Налко"» для предотвращения коррозии, накипеобразования и возникновения микробиологических загрязнений на охлаждаемых поверхностях подобраны химические реагенты для стабилизационной обработки воды в системах оборотного водоснабжения металлургических машин. Испытания химических реагентов проводились на кристаллизаторах и оборудовании кислородно-конвертерного цеха ОАО ММК. В ходе испытаний в оборотную воду дозировался ингибитор Э-4642. Ингибитор Б-4642 - это комплексный реагент, содержащий в своем составе:

- ингибитор отложений карбонатов, железа и взвешенных веществ;

- анодный и катодный ингибиторы коррозии;

- буфер для стабилизации рН.

Ингибитор 0-4642 работает следующим образом. При обычных условиях карбонат кальция оседает в виде кальцита - твердого минерала, плотно прилегающего к поверхности металла и снижающего коэффициент теплопередачи. Ингибитор отложений переводит карбонат кальция в арагонит - мягкую аморфную структуру, которая не задерживается на поверхности и смывается водой. Кроме того, ингибитор отложений диспергирует железо и взвешенные вещества, что предотвращает их осаждение в застойных зонах и на поверхности охлаждения. Ингибитор коррозии об-

разует защитные пленки на анодной и катодной зонах, останавливая процесс коррозии. Также для снижения коррозии реагент содержит неорганический буфер, поддерживающий показатель рН на уровне 8,5 - 9,0, который может снижаться за счет процессов окисления (при попадании в воду кислорода), деятельности микроорганизмов, низкого значения рН в подпитывающей воде и т.д.

Для подготовки к испытаниям ингибитора D-4642 специалистами «Налко» были выполнены следующие подготовительные работы:

- в контуре охлаждения оборудования установлен, опробован и откалиброван дозирующий насос;

- подготовлена программа испытаний по контуру охлаждения оборудования;

- восстановлена обвязка змеевиков для измерения скорости коррозии;

- установлены купоны (пластины из углеродистой стали) измерения коррозии, змеевики подключены к системам.

Схемы подключения дозирующей установки и змеевиков приведены в программе испытаний, подготовленной специалистами «Налко».

Расход реагента Q (кг/ч) определяется по формуле

Q = D -F,

где D - рекомендуемая дозировка в мг/л из расчета на подпитку системы; F - расход подпиточной воды в м3/ч.

В силу того, что в период испытаний потери воды из системы охлаждения были очень значительными, реагент дозировался на максимальном расходе.

Для оценки качества охлаждающей воды системы оборотного водоснабжения был организован аналитический контроль, который выполнялся лабораторией предприятия по программе и частично на оборудовании, предоставленном компанией «Налко». Работа ингибитора коррозии оценивалась по скорости коррозии весовым методом ASTM D 2688-94 Method А. Купоны вставлялись в змеевик, через который имеется проток воды, и выдерживались там в течение 30 - 45 суток. После этого они снимались, обрабатывались по специальной методике, и далее по потере массы рассчитывалась скорость коррозии в мм/год. Установка, снятие и обработка купонов, расчет скорости коррозии выполнялись специалистами «Налко». Замер скорости коррозии производился в обоих закрытых циклах в два этапа:

- до обработки воды;

- в течение обработки охлаждающей воды ингибитором коррозии.

Фотографии купонов, установленных на период без обработки, показывают очень высокую коррозию в обоих циклах. Визуальная оценка купонов показывает, что при обработке воды ингибитором коррозии купон выглядит несравнимо лучше, что свидетельствует о значительном (в несколько раз) снижении скорости коррозии. В силу больших утечек из системы не удалось добиться пассивации купона, однако достигнутый эффект может быть оценен как очень хороший. Скорость коррозии купона без обработки в 10-20 раз выше нормативной. При обработке воды ингибитором коррозии скорость коррозии купона уменьшилась в 6 - 7 раз, но была выше нормативной в 2 раза. В ходе исследований ввиду больших утечек воды из системы оборотного водоснабжения были отмечены следующие отрицательные последствия:

- нестабильный состав охлаждающей воды;

- недостаточная концентрация ингибитора в воде;

- скорость коррозии выше нормативного значения при обработке воды ингибитором коррозии.

Для закрытых циклов норма по скорости коррозии углеродистой стали составляет не более 0,05 мм/год. В ходе испытаний получен результат

0,1 мм/год, что объясняется недостаточной концентрацией ингибитора в охлаждающей воде из-за наличия больших утечек. Суммарная эффективность обработки охлаждающей воды в системе оборотного водоснабжения металлургических машин может быть оценена с учетом снижения затрат на ремонты и восстановление оборудования, снижения расхода воды и т.д.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Применение ингибитора позволяет уменьшить скорость коррозии в 6 - 7 раз. За счет снижения потерь воды из системы можно добиться стабилизации свойств охлаждающей воды и снижения скорости коррозии до уровня ниже нормативного значения.

2. Для исключения отрицательного влияния воды на технологический процесс разливки стали на МНЛЗ необходимо проводить полную стабилизационную обработку воды, обеспечивающую защиту поверхности охлаждения кристаллизатора и оборудования от накипи, коррозии, отложений продуктов коррозии и микробиологических загрязнений.

Телин Николай Владимирович - доктор технических наук, профессор кафедры промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.

Синицын Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.

Соколов Алексей Федорович - кандидат технических наук, региональный менеджер ООО «Компания "Налко"».

Тел.: 8 (8202) 58-76-51.

Кобзев Иван Валентинович - региональный менеджер ООО «Компания "Налко"».

Тел.: 8 (8202) 58-76-51.

Лобанова Анастасия Александровна - аспирант кафедры промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.

Telin Nickolai Vladimirovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Industrial Heat Power Engineering Department, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.

Tel.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.

Synitsyn Nickolai Nickolayevich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Industrial Heat Power Engineering Department, Cherepovets State University.

Tel.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.

Sokolov Alexey Fyodorovich - Candidate of Science (Technology), Manager, "Nalko" Ltd. Regional Representation.

Tel.: 8(8202) 58-76-51.

Kobzev Ivan Valentinovich - Manager, "Nalko" Ltd. Regional Representation.

Tel.: 8(8202) 58-76-51.

Lobanova Anastasia Alexandrovna - post-graduate student, Industrial Heat Power Engineering Department, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.

Tel.: 8 (8202) 51-81-32; 51-78-29.