总第152期2006年第2期
HEBEIMETALLURGY
Total1522006，Number2
水质稳定剂在高炉炉体循环水系统的应用
马小兵1，马天妍2
（1.石家庄钢铁公司 工程设备部，河北 石家庄 050031；2.石家庄市第八十二中学，河北 石家庄 050011）
摘要：针对高炉炉体循环水系统的腐蚀与结垢倾向，通过实验找出了水质稳定药剂，实际生产运行结果表明循环水系统结垢附着速度和腐蚀速度大大低于国家标准，对运行水质没有明显影响。关键词：水质稳定剂；高炉；炉体；循环水系统中图分类号：TF066.7 文献标识码：B
文章编号：1006-5008（2006）02-0033-02
APPLICATIONOFWATERGUALITYSTABILIZINGAGENTINWATERCIRCULATIONSYSTEMOFB.F.BODY
MAXiao-bing1，MATian-yan2
（1.ProjectEguipmentDepartment，ShijiazhuangIronandSteelCompany，Shijiazhuang，Hebei，050031；2.No.82MiddleSchoolofShijiazhuang，Shijiazhuang，Hebei，050011）
Abst t：Thestabilizingagentofwatergualityespeciallyforthecorrosionandincrustationisdevelopedoutthroughtestforthewatercirculationsystemofblastfurnacebody.Itisshowedfromproductionthatitcanmakecorrodingandincrustingmuchslowerthannationalstandardandnotaffectswaterguality.KeyWo ds：stabilizingagentofwaterguality；blastfurnace；furnacebody；watercirculationsystem
高炉的炉体、进风口、热风阀等部位的冷却水，均采用间接冷却，目的在于保养设备，保证生产顺利进行。这些系统的热负荷非常高，容易发生结垢和腐蚀故障。因此，必须进行水质稳定处理，针对这些问题笔者对水质稳定剂在石钢高炉炉体的冷却问题进行了研究。1
石钢高炉炉体冷却系统及其工艺（1）石钢高炉炉体冷却工艺见图1。
~2C外，没有受到其它污染。
（3）补充水水质。石钢地下水水质分析结果见表1。
表1 水质分析结果（pH=7.62）
总硬（以Ca2+（以OH1-/CO32-/HCO3-/电导Cl-CaCO3计）CaCO3计）（mmol（mmol（mmol率（/us（/mg
/cm）/L）（/mg/L）（/mg/L）/L）/L）/L）272.7
189.4
3.79
480
28.5
2 试验内容
首先对高炉冷却水进行水质判断，即对冷却水
2.1 水质判断
的腐蚀与结垢倾向作出判断。本研究采用Ryznar指数，定义如下：
图1 高炉炉体冷却系统工艺流程简图
RSI=2pHs-pHact
式中：pHs———冷却水饱和pH值；
pHact———冷却水运行时实际pH值。根据实测结果计算得Ryznar指数为8.20，Ryznar指数值在7.5~9.0之间为严重腐蚀型水质。同时，从表1可以看出，本水质硬度较大，系统中
33
（2）主要工艺参数。系统保有水量1200m3，循环水量2100m3/h，补充水量100m3/h，旁滤水量150m3/h，供水温度32C，回水温度33~46C，系统材质为碳钢。系统补水采用高炉风机房冷却排水。风机房补水为石钢地下水，出水除温度升高1
收稿日期：2005-12-12
换热面温度高，冷却水中碳酸钙、硫酸钙等微溶物质的溶解度一般随温度升高而减小。随着循环率的提高，水中盐类在冷却塔中蒸发浓缩至饱和。以上原因会造成在换热器表面析出晶粒，聚积成为密实的垢层，导致水中溶解氧不易扩散到污垢下方，所以污垢下面与含氧接近饱和的多数区域在氧的浓度差、溶解氧浓度高的地方，发生如下反应：
的形成过程中发生干扰，使结晶不能按正常晶格排列生长，发生晶格扭曲，形成软垢，容易被流水冲走。YJ-303属于多元醇磷酸酯类的复合型水质稳药剂，缓蚀性能优异。它能在金属表面进行化学吸附，其所带的烷基覆盖在金属表面上，形成一种化学吸附膜，从而阻止水中的溶解氧向金属表面扩散，使金属表面得到保护。这两种药剂配伍性能1
O-2+H2O+2e 、2OH-2
此处为电池阴极，发生还原反应，金属不易被腐蚀。垢下缺氧区，则发生如下反应：
Fe 、Fe
2+
+2e
-
该处失去电子，发生氧化反应为阳极，所以发生垢下腐蚀，严重的会导致管道穿孔影响生产。
2.2 药剂选择
本实验中采用了YJ-102、YJ-201、YJ-303、YJ-501、YJ-402、HW-II六种药剂进行试验，选出YJ-303与YJ-102复配作为该冷却水的水质稳实药剂。其阴垢、缓蚀效果分别见表2~3，表4为浓缩倍数!等于2.4时的挂片试验结果，可见这种配方的缓蚀阴垢性能较好。
表2 药剂阻垢性能试验结果
药剂加药试验试验原水总硬
试验后总硬名称
浓度/时间温度（以CaCO3
（以CaCO阻垢
3（mg/L）/h/C计）（/mg/L）计）（/mg/L）
率/%
-550312216.3-YJ-[1**********]07.795.5YJ-303
3
5
50
312
307.7
95.5
表3 挂片试验结果
药剂挂片投药量/试验时结垢附着速度腐蚀速度名称材质（mg・L）间/h（/mg/cm2/月）（/mm/年）A30723.360.73YJ-102A33720.140.026YJ-303A33720.140.026国家标准
A3
3
72
15
0.125
表4 !=2.4时试验结果
药剂
挂片投药量/
试验结垢附腐蚀缓蚀阻垢
名称
材质（mg・L）时间着速度/速度/率/率/
/h（mg/cm2
/月）（mm/年）%%A3
07263.30.363--YJ-102A33721.250.00199.798YJ-303
A3
3
72
1.25
0.001
99.7
98
YJ-102是一种聚羧酸型阻垢剂，其特点是耐高温，不易分解，在高硬、高碱、高pH值条件下阻垢作用明显。这类阻垢剂在水溶液中可以离解成负离子，与碳酸钙等微晶体吸附，使它们带上相同的电荷，产生静电斥力，阻碍微晶体生长。除此之外，羧基对金属离子具有螯合能力，在无机垢晶体34
好，协同效应显著，配合使用方便并且效果好。3
生产运行调试
3.1 系统清洗
欲使药剂在金属表面形成完整的保护膜，必须有一个清洁的金属表面。因此首先对系统进行清洗，清洗剂采用YJ-102，加入量100mg/L。循环24h后，迅速排水并补充新水，至pH值6~7时，迅速转入预膜处理。
3.2 预膜处理本试验采用的复合药剂，正常加入量很低，日常操作下难以在活泼的金属表面生成一层完整的保护膜，只能在已形成的防腐膜上起维护和修补缺陷的作用。所以，在正常加药前，首先对冷却水系统进行预膜处理，使整个冷却水系统形成完全保护，预膜浓度100mg/L，预膜时间48h，前24h保证浓度100mg/L，然后补充新水使药剂浓度逐渐降低，降至实验室浓度后开始正常加药。表5为预膜后期系统总磷浓度变化数据，表6为正常加药后系统挂片结果，表7为运行半年后日常水质监测数据3组），结果表明生产运行基本正常。
表5 预膜后期系统总磷浓度（间隔时间2h）
表6 现场挂片结果
挂片地点挂片材质挂片时间结垢附着速度腐蚀速度
/d（/mg/cm2
/月）（/mm/年）冷却塔后
A3700.061冷却塔后A33000.033国家标准
A3
30
15
0.125
表7 运行水质分析
总硬/
钙硬（以CO32-HCO3-Cl-电导总磷（mg/L）CaCO3计）（/mmol（/mmol（/mg
pH（/!S（/mg（/mg/L）/L）/L）
/L）/cm）/L）319.7231.20.453.4242.88.520.652.7299.6213.20.463.5438.88.560.623.1287.5205.10.453.76
39.3
8.55
0.66
2.7
（下转第39页）
（抽取
4 效果分析
（1）方便了换辊操作。改进后的回路具有力
加，这导致平衡缸活塞杆在伸出及缩回时平衡力的变化。平衡力的波动对提高产品的质量不利，改进后的回路具有平衡力稳定的特点。
（5）节能效果显著。原回路由原来的系统压力油经减压后供给轧辊平衡回路使用，在减压阀处存在一个能量损失；而当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下缩回时，平衡缸无杆腔的液压油经溢流阀2流回油箱，这部分能量主要变为热量而白白损失掉了。
改进后的回路中，当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下缩回时，平衡缸无杆腔排出的多余液压油可以回送到蓄能器中储存起来，避免了原回路中溢流阀及减压阀处的能量损失。5
结语
采用液压差动回路控制的轧辊平衡装置方便了换辊操作，具有平衡力稳定、节能高效等特点。该回路不但适用于轧辊平衡系统，还适用于其它的需要对力控制及位置控制进行切换的场合。
控制及位置控制两种工作状态可供选择，回路简单实用，换辊方便。
（2）提高了系统的响应速度。由于采用了差动控制技术，在系统流量相同的情况下改进后的回路比原回路具有更高的响应速度。
（3）易于使用与维护。在原回路中为了使系统正常工作，溢流阀的设定压力必须略高于减压阀的设定压力。这一点对于液压专业的技术人员来说不会有任何难度，但对现场的操作人员而言，难度往往不小。如果溢流阀调整不合理（甚至完全关闭）其后果将十分严重，这种情况在轧机的使用现场偶有发生；改进后的回路取消了减压阀及溢流阀，因而不存在上述问题。
（4）平衡力更加稳定。原回路因溢流阀的设定压力略高于减压阀的设定压力，当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下回退时，平衡力略有增
””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””（上接第32页）（1）由于炼铁厂氧气不足，4#高炉富氧处在 （2）强化工长管理。4#高炉一直都很重视工长时有时无、时多时少的状态，不利于炉况稳定顺行的管理及作用，每月月初定期召开工长会，总结上和强化。月生产的得与失，讨论目前炉况，统一思想，拟订（2）喷煤能力不足，限制了煤比的进一步提下一步的操作方针；充分利用好每天的交接班会，高和节焦降耗。分析当前炉况，制定具体的操作意见，发现问题及时解决，大大减少了人为造成的炉况波动。4
取得的经济效益
4#高炉自2005年3月新一代炉役开炉以来，针对实际情况，通过摸索、创新、认真实施各项措施，顺利开炉，快速达产，稳步强化；以人为本，积极挖潜；通过狠抓精料，优化上下部调剂，稳定操作，实施低硅冶炼及单场双铁口轮流出铁的成功运用，保持了炉况的长期稳定顺行，创出了一条适宜4#高炉条件的、以低消耗获得高效益的强化冶炼的路子，不但实现了高产优产，而且达到了稳定长寿的目的，取得了可观的经济效益（表2）。5
存在的问题
表2 4#高炉平均指标与上一代炉役最好指标比较
利用系
焦比/煤比/焦丁热风温［Si］/t/数（时间
（kg/t）（kg/t）（/kg/t）度/C/%
m3・d）
1999年1906.62.118413129.310.510460.602000年1929.62.144373144.115.810620.522005年
2312.72.570350138.531.010980.39
2-8月
产量/t
（3）应进一步改善炮泥质量，开发出适合单场双铁口轮流出铁的炮泥，充分利用单场双铁口的炉前优势，降低炉前操作人员的劳动强度。
（4）虽然4#高炉仅开炉8个月，但由于冶强不断提高，炉腹双层冷却壁已有6块内层坏，同时炉缸中心比较活跃，紧邻炉底水冷管上方的炉底中心温度已上升到138C，应进一步改进操作。
””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””
（上接第34页）
4 结语
对于硬度在250~500mg/L（以CaCO3计）的
定效果。按现行市场价格，每吨水的处理费为1.2分（按循环水量计），费用低廉。要进一步降低处理费用必须改造循环水系统的补水方式，减少补水量，提高浓缩倍数，使水质将进一步提高。
高炉炉体循环冷却水，采用YJ-303与YJ102复合配方，在加药量浓度较低时即可达到良好的水质稳
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总第152期2006年第2期
HEBEIMETALLURGY
Total1522006，Number2
水质稳定剂在高炉炉体循环水系统的应用
马小兵1，马天妍2
（1.石家庄钢铁公司 工程设备部，河北 石家庄 050031；2.石家庄市第八十二中学，河北 石家庄 050011）
摘要：针对高炉炉体循环水系统的腐蚀与结垢倾向，通过实验找出了水质稳定药剂，实际生产运行结果表明循环水系统结垢附着速度和腐蚀速度大大低于国家标准，对运行水质没有明显影响。关键词：水质稳定剂；高炉；炉体；循环水系统中图分类号：TF066.7 文献标识码：B
文章编号：1006-5008（2006）02-0033-02
APPLICATIONOFWATERGUALITYSTABILIZINGAGENTINWATERCIRCULATIONSYSTEMOFB.F.BODY
MAXiao-bing1，MATian-yan2
（1.ProjectEguipmentDepartment，ShijiazhuangIronandSteelCompany，Shijiazhuang，Hebei，050031；2.No.82MiddleSchoolofShijiazhuang，Shijiazhuang，Hebei，050011）
Abst t：Thestabilizingagentofwatergualityespeciallyforthecorrosionandincrustationisdevelopedoutthroughtestforthewatercirculationsystemofblastfurnacebody.Itisshowedfromproductionthatitcanmakecorrodingandincrustingmuchslowerthannationalstandardandnotaffectswaterguality.KeyWo ds：stabilizingagentofwaterguality；blastfurnace；furnacebody；watercirculationsystem
高炉的炉体、进风口、热风阀等部位的冷却水，均采用间接冷却，目的在于保养设备，保证生产顺利进行。这些系统的热负荷非常高，容易发生结垢和腐蚀故障。因此，必须进行水质稳定处理，针对这些问题笔者对水质稳定剂在石钢高炉炉体的冷却问题进行了研究。1
石钢高炉炉体冷却系统及其工艺（1）石钢高炉炉体冷却工艺见图1。
~2C外，没有受到其它污染。
（3）补充水水质。石钢地下水水质分析结果见表1。
表1 水质分析结果（pH=7.62）
总硬（以Ca2+（以OH1-/CO32-/HCO3-/电导Cl-CaCO3计）CaCO3计）（mmol（mmol（mmol率（/us（/mg
/cm）/L）（/mg/L）（/mg/L）/L）/L）/L）272.7
189.4
3.79
480
28.5
2 试验内容
首先对高炉冷却水进行水质判断，即对冷却水
2.1 水质判断
的腐蚀与结垢倾向作出判断。本研究采用Ryznar指数，定义如下：
图1 高炉炉体冷却系统工艺流程简图
RSI=2pHs-pHact
式中：pHs———冷却水饱和pH值；
pHact———冷却水运行时实际pH值。根据实测结果计算得Ryznar指数为8.20，Ryznar指数值在7.5~9.0之间为严重腐蚀型水质。同时，从表1可以看出，本水质硬度较大，系统中
33
（2）主要工艺参数。系统保有水量1200m3，循环水量2100m3/h，补充水量100m3/h，旁滤水量150m3/h，供水温度32C，回水温度33~46C，系统材质为碳钢。系统补水采用高炉风机房冷却排水。风机房补水为石钢地下水，出水除温度升高1
收稿日期：2005-12-12
换热面温度高，冷却水中碳酸钙、硫酸钙等微溶物质的溶解度一般随温度升高而减小。随着循环率的提高，水中盐类在冷却塔中蒸发浓缩至饱和。以上原因会造成在换热器表面析出晶粒，聚积成为密实的垢层，导致水中溶解氧不易扩散到污垢下方，所以污垢下面与含氧接近饱和的多数区域在氧的浓度差、溶解氧浓度高的地方，发生如下反应：
的形成过程中发生干扰，使结晶不能按正常晶格排列生长，发生晶格扭曲，形成软垢，容易被流水冲走。YJ-303属于多元醇磷酸酯类的复合型水质稳药剂，缓蚀性能优异。它能在金属表面进行化学吸附，其所带的烷基覆盖在金属表面上，形成一种化学吸附膜，从而阻止水中的溶解氧向金属表面扩散，使金属表面得到保护。这两种药剂配伍性能1
O-2+H2O+2e 、2OH-2
此处为电池阴极，发生还原反应，金属不易被腐蚀。垢下缺氧区，则发生如下反应：
Fe 、Fe
2+
+2e
-
该处失去电子，发生氧化反应为阳极，所以发生垢下腐蚀，严重的会导致管道穿孔影响生产。
2.2 药剂选择
本实验中采用了YJ-102、YJ-201、YJ-303、YJ-501、YJ-402、HW-II六种药剂进行试验，选出YJ-303与YJ-102复配作为该冷却水的水质稳实药剂。其阴垢、缓蚀效果分别见表2~3，表4为浓缩倍数!等于2.4时的挂片试验结果，可见这种配方的缓蚀阴垢性能较好。
表2 药剂阻垢性能试验结果
药剂加药试验试验原水总硬
试验后总硬名称
浓度/时间温度（以CaCO3
（以CaCO阻垢
3（mg/L）/h/C计）（/mg/L）计）（/mg/L）
率/%
-550312216.3-YJ-[1**********]07.795.5YJ-303
3
5
50
312
307.7
95.5
表3 挂片试验结果
药剂挂片投药量/试验时结垢附着速度腐蚀速度名称材质（mg・L）间/h（/mg/cm2/月）（/mm/年）A30723.360.73YJ-102A33720.140.026YJ-303A33720.140.026国家标准
A3
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表4 !=2.4时试验结果
药剂
挂片投药量/
试验结垢附腐蚀缓蚀阻垢
名称
材质（mg・L）时间着速度/速度/率/率/
/h（mg/cm2
/月）（mm/年）%%A3
07263.30.363--YJ-102A33721.250.00199.798YJ-303
A3
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1.25
0.001
99.7
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YJ-102是一种聚羧酸型阻垢剂，其特点是耐高温，不易分解，在高硬、高碱、高pH值条件下阻垢作用明显。这类阻垢剂在水溶液中可以离解成负离子，与碳酸钙等微晶体吸附，使它们带上相同的电荷，产生静电斥力，阻碍微晶体生长。除此之外，羧基对金属离子具有螯合能力，在无机垢晶体34
好，协同效应显著，配合使用方便并且效果好。3
生产运行调试
3.1 系统清洗
欲使药剂在金属表面形成完整的保护膜，必须有一个清洁的金属表面。因此首先对系统进行清洗，清洗剂采用YJ-102，加入量100mg/L。循环24h后，迅速排水并补充新水，至pH值6~7时，迅速转入预膜处理。
3.2 预膜处理本试验采用的复合药剂，正常加入量很低，日常操作下难以在活泼的金属表面生成一层完整的保护膜，只能在已形成的防腐膜上起维护和修补缺陷的作用。所以，在正常加药前，首先对冷却水系统进行预膜处理，使整个冷却水系统形成完全保护，预膜浓度100mg/L，预膜时间48h，前24h保证浓度100mg/L，然后补充新水使药剂浓度逐渐降低，降至实验室浓度后开始正常加药。表5为预膜后期系统总磷浓度变化数据，表6为正常加药后系统挂片结果，表7为运行半年后日常水质监测数据3组），结果表明生产运行基本正常。
表5 预膜后期系统总磷浓度（间隔时间2h）
表6 现场挂片结果
挂片地点挂片材质挂片时间结垢附着速度腐蚀速度
/d（/mg/cm2
/月）（/mm/年）冷却塔后
A3700.061冷却塔后A33000.033国家标准
A3
30
15
0.125
表7 运行水质分析
总硬/
钙硬（以CO32-HCO3-Cl-电导总磷（mg/L）CaCO3计）（/mmol（/mmol（/mg
pH（/!S（/mg（/mg/L）/L）/L）
/L）/cm）/L）319.7231.20.453.4242.88.520.652.7299.6213.20.463.5438.88.560.623.1287.5205.10.453.76
39.3
8.55
0.66
2.7
（下转第39页）
（抽取
4 效果分析
（1）方便了换辊操作。改进后的回路具有力
加，这导致平衡缸活塞杆在伸出及缩回时平衡力的变化。平衡力的波动对提高产品的质量不利，改进后的回路具有平衡力稳定的特点。
（5）节能效果显著。原回路由原来的系统压力油经减压后供给轧辊平衡回路使用，在减压阀处存在一个能量损失；而当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下缩回时，平衡缸无杆腔的液压油经溢流阀2流回油箱，这部分能量主要变为热量而白白损失掉了。
改进后的回路中，当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下缩回时，平衡缸无杆腔排出的多余液压油可以回送到蓄能器中储存起来，避免了原回路中溢流阀及减压阀处的能量损失。5
结语
采用液压差动回路控制的轧辊平衡装置方便了换辊操作，具有平衡力稳定、节能高效等特点。该回路不但适用于轧辊平衡系统，还适用于其它的需要对力控制及位置控制进行切换的场合。
控制及位置控制两种工作状态可供选择，回路简单实用，换辊方便。
（2）提高了系统的响应速度。由于采用了差动控制技术，在系统流量相同的情况下改进后的回路比原回路具有更高的响应速度。
（3）易于使用与维护。在原回路中为了使系统正常工作，溢流阀的设定压力必须略高于减压阀的设定压力。这一点对于液压专业的技术人员来说不会有任何难度，但对现场的操作人员而言，难度往往不小。如果溢流阀调整不合理（甚至完全关闭）其后果将十分严重，这种情况在轧机的使用现场偶有发生；改进后的回路取消了减压阀及溢流阀，因而不存在上述问题。
（4）平衡力更加稳定。原回路因溢流阀的设定压力略高于减压阀的设定压力，当平衡缸的活塞杆在轧机压下系统的作用下回退时，平衡力略有增
””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””（上接第32页）（1）由于炼铁厂氧气不足，4#高炉富氧处在 （2）强化工长管理。4#高炉一直都很重视工长时有时无、时多时少的状态，不利于炉况稳定顺行的管理及作用，每月月初定期召开工长会，总结上和强化。月生产的得与失，讨论目前炉况，统一思想，拟订（2）喷煤能力不足，限制了煤比的进一步提下一步的操作方针；充分利用好每天的交接班会，高和节焦降耗。分析当前炉况，制定具体的操作意见，发现问题及时解决，大大减少了人为造成的炉况波动。4
取得的经济效益
4#高炉自2005年3月新一代炉役开炉以来，针对实际情况，通过摸索、创新、认真实施各项措施，顺利开炉，快速达产，稳步强化；以人为本，积极挖潜；通过狠抓精料，优化上下部调剂，稳定操作，实施低硅冶炼及单场双铁口轮流出铁的成功运用，保持了炉况的长期稳定顺行，创出了一条适宜4#高炉条件的、以低消耗获得高效益的强化冶炼的路子，不但实现了高产优产，而且达到了稳定长寿的目的，取得了可观的经济效益（表2）。5
存在的问题
表2 4#高炉平均指标与上一代炉役最好指标比较
利用系
焦比/煤比/焦丁热风温［Si］/t/数（时间
（kg/t）（kg/t）（/kg/t）度/C/%
m3・d）
1999年1906.62.118413129.310.510460.602000年1929.62.144373144.115.810620.522005年
2312.72.570350138.531.010980.39
2-8月
产量/t
（3）应进一步改善炮泥质量，开发出适合单场双铁口轮流出铁的炮泥，充分利用单场双铁口的炉前优势，降低炉前操作人员的劳动强度。
（4）虽然4#高炉仅开炉8个月，但由于冶强不断提高，炉腹双层冷却壁已有6块内层坏，同时炉缸中心比较活跃，紧邻炉底水冷管上方的炉底中心温度已上升到138C，应进一步改进操作。
””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””
（上接第34页）
4 结语
对于硬度在250~500mg/L（以CaCO3计）的
定效果。按现行市场价格，每吨水的处理费为1.2分（按循环水量计），费用低廉。要进一步降低处理费用必须改造循环水系统的补水方式，减少补水量，提高浓缩倍数，使水质将进一步提高。
高炉炉体循环冷却水，采用YJ-303与YJ102复合配方，在加药量浓度较低时即可达到良好的水质稳
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