高炉冲渣水换热材质选取分析

魏亚志,周纪帅

引言

高炉冲渣水作为一种低温废热源，高炉炉渣带走的热量约占高炉总热耗的16%左右，具有温度高(70～90℃)、流量大的特点。高炉冲渣水水质差，水中含有纤维状的细小悬浮物，主要成分为SiO2、CaO、Al2O3、MgO以及少量的Fe2O3；高炉冲渣水中含有大量的SO42-、C1-等成分，一般呈弱碱性，对普通钢材存在腐蚀性，并且高炉冲渣硬度很大，易结垢。

目前，高炉高炉冲渣水余热回收利用主要用于供热、生活热水。高炉冲渣水对金属换热器会产生腐蚀、结垢，另外纤维状的悬浮物会在换热器的进出口、传热元件间淤积，堵塞换热流道。换热器作为高炉冲渣水提取热量的关键部件，选取何种材质的换热元件对高效换热至关重要。

1　高炉冲渣水换热材质选取实验

针对高炉冲渣水对不同金属材质的腐蚀性、结垢性，本文通过现场挂片实验方式对不同金属材质进行实验，选取适合冲渣水换热的金属材质。

1.1　试验材料与方法

1.1.1试验地点

某钢厂8#高炉现场，8#高炉的炉容为2250 m3，冲渣水采用冷因巴法。分别选取8#高炉冲渣循环水的冷却塔和冲渣水水池处，作为挂片放置地点。

1.1.2试验挂片材料

材质分别为20#碳钢、A3碳钢、黄铜、紫铜、不锈钢304、不锈钢316L、不锈钢2205、钛，挂片尺寸为35mm×35mm×2mm。

1.1.3试验方法

将挂片依次串联在绳子上，淹没在冷却塔的冷却池、冲渣水池中。

分别在第30天、60天从冲渣水中取出20#碳钢、A3碳钢、黄铜、紫铜、不锈钢304、不锈钢316L、不锈钢2205、钛挂片进行观察，90天时将挂片取出进行挂片测试分析。

1.2　试验评价特性挂片腐蚀特性

金属腐蚀的现象与腐蚀机理比较复杂，一般可将金属腐蚀的影响分为：常温腐蚀和高温腐蚀；大气腐蚀、海水腐蚀、淡水腐蚀、土壤腐蚀和生物腐蚀；全面腐蚀和局部腐蚀。

由于技术条件限制，本课题评价挂片试验腐蚀特性采用表观检查的方式，通过对挂片表面的颜色与形态、腐蚀介质的变化进行观察并判断腐蚀类型。根据Champion F A[1]提出的标准，对比分析试验挂片表观定性的对腐蚀特性做出评价。

1.3　挂片结垢特性

根据结垢层沉积的机理，可将污垢分为颗粒污垢、结晶污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢和凝固污垢。通常的污垢形成过程，可能是几种污垢机理同时作用的结果，即混合污垢，操作条件不同，其形成过程也会有差异。

1.4　水质分析

本文对某钢厂7#、8#高炉冲渣水进行取样化验分析，水质结果分析如表1。

表1　高炉冲渣水质分析表

通过分析结果可见，高炉冲渣水pH为7左右，略呈碱性；硬度较高，氯离子、硫酸根离子较高，对于金属材质具有一定的腐蚀性和结垢性。

2　试验结果分析

由于高炉冲渣水中含有大量的盐离子，如SO42-、C1-，金属挂片会在高炉冲渣水中发生电化学腐蚀或局部腐蚀，甚至全面腐蚀。高炉冲渣水进入换热器前经过过滤装置的处理，因此高炉冲渣水系统中主要有析晶垢和腐蚀垢，主要化学成分为碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢等。不同金属材质对于高炉冲渣水的适用性，可通过腐蚀特性、结垢特性进行评价筛选，见表2。

表2　挂片试验分析表

碳钢挂片在高炉冲渣水中发生电化学反应，表面腐蚀，表面被铁锈覆盖形成腐蚀污垢，不能作为换热器的换热材质。

白铜、黄铜材质挂片表面存在一定腐蚀形成氧化层，阻止了进一步的腐蚀，并且颗粒、析晶在表面形成了一定污垢，不适合作为换热器的换热材质。

不锈钢 304L、316L、2205、钛基本不腐蚀（裸眼看不出），同时形成一定污垢，可以作为换热器换热材质。污垢形成主要为析晶污垢和颗粒污垢，冲渣水温度的变化使得溶解的无机盐在换热器表面形成结晶体，同时和悬浮在冲渣水中的渣棉纤维协同在换热表面积聚。

3　结论

高炉冲渣水水质对金属换热器有一定的腐蚀性，冲渣水的硬度较大，水中的碳酸盐、硅酸盐会以析晶垢形式附着在换热器表面，纤维状悬浮物会以沉降的形式堆积在换热器表面形成沉淀污垢。

由于钛合金较不锈钢价格较高，综合考虑选用不锈钢作为换热器换热材质。不锈钢选取需要根据不同高炉冲渣水特性、不锈钢不同型号的耐磨度等特性综合选择，换热器换热材质表面可以采取纳米涂层等技术，避免换热器表面结垢。

[参 考 文 献]

[1]Champion F A.Corrosion testing procedure[M].2nded.London:Chapman and hall,1964.