一種新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程

石袁媛，胡井成

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 水資源事業(yè)部，重慶　401122；2.唐山燕山鋼鐵有限公司 軋鋼廠，河北　遷安　064400）

一種新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程

石袁媛1，胡井成2

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 水資源事業(yè)部，重慶401122；2.唐山燕山鋼鐵有限公司 軋鋼廠，河北遷安064400）

通過(guò)常規(guī)和新型熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程的對(duì)比，分析新型熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工藝的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合具體工程中采用的新型熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，論述了設(shè)計(jì)過(guò)程，并著重對(duì)該系統(tǒng)的節(jié)能情況進(jìn)行了說(shuō)明。

熱軋帶鋼；層流冷卻；層流冷卻水循環(huán)

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)熱軋帶鋼廠中開始采用層流冷卻工藝［1］。熱軋帶鋼層流系統(tǒng)分為層流冷卻裝置和層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)2個(gè)部分，層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)向?qū)恿骼鋮s裝置提供帶鋼冷卻所需的循環(huán)水，即對(duì)帶鋼使用后的水進(jìn)行過(guò)濾、降溫，送層流冷卻裝置循環(huán)使用。

根據(jù)熱軋帶鋼廠層流冷卻工藝的要求，層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)具有循環(huán)水量大、供水壓力低、水量變化幅度大的特點(diǎn)［2］，冷卻水中所含氧化鐵皮粒度細(xì)和含油量小。常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程由水泵直接對(duì)機(jī)旁水箱供水時(shí)，易對(duì)其恒水位造成沖擊；且該流程需要兩次泵加壓，增加電耗。本研究針對(duì)國(guó)內(nèi)某鋼廠建設(shè)的一條1 780 mm熱軋生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)了一種新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程，降低了系統(tǒng)電耗，保證了機(jī)旁水箱處于恒水位狀態(tài)。

1　工程概況

國(guó)內(nèi)某鋼廠建設(shè)一條1 780 mm熱軋生產(chǎn)線，年產(chǎn)熱軋鋼卷400萬(wàn)t。主要產(chǎn)品為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等。在熱連軋精軋機(jī)組與地下卷取機(jī)之間設(shè)置層流冷卻裝置。1 780 mm熱軋生產(chǎn)線所需層流冷卻循環(huán)水量見(jiàn)表1。

表1　1 780 mm熱軋生產(chǎn)線所需層流冷卻循環(huán)水量Tab.1　Quantity requirement of 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water for 1 780 mm hot ro11ing strip stee1 production 1ine

由表1可以看出，1 780 mm熱軋生產(chǎn)線層流冷卻用水流量大、水壓低，同時(shí)為保證冷卻效果要求供水水壓穩(wěn)定、流態(tài)呈層流狀。

2　熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程

2.1常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程

常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水經(jīng)過(guò)濾、冷卻后與帶鋼使用后的熱水混合，再加壓供給層流冷卻裝置包含機(jī)旁水箱。常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程見(jiàn)圖1、圖2。

由圖1、圖2可以看出，常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝有兩次泵加壓過(guò)程，第一次將層流熱水池的水提升至混合水池；第二次將混合水池的水加壓送至用戶。常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝在水泵直接對(duì)機(jī)旁水箱供水時(shí)，出水水流對(duì)其恒水位造成沖擊，同時(shí)兩次泵加壓過(guò)程電耗較大，需要對(duì)常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝進(jìn)行優(yōu)化。

圖1　常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程一Fig.1　Techno1ogica1 process of conventiona1 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water system for hot ro11ing strip stee1 productionⅠ

圖2　常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程二Fig.2　Techno1ogica1 process of conventiona1 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water system for hot ro11ing strip stee1 productionⅡ

2.2新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程

針對(duì)1 780 mm熱軋生產(chǎn)線對(duì)層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)水量、水壓等要求，本工程選用某制造廠層流冷卻裝置，見(jiàn)圖3。

圖3　層流冷卻裝置側(cè)視圖示意Fig.3　Structure of 1aminar f1ow coo1ing device

由圖3可以看出，該層流冷卻裝置包含機(jī)旁水箱，層流冷卻水從機(jī)旁水箱集管噴向帶鋼。該機(jī)旁水箱呈圓柱體，臥式安裝，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼的恒水位噴水。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比和F1uent軟件分析，在1 780 mm熱軋生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，采用一種新型熱軋帶鋼冷卻水供水工藝流程［3］，見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程的核心點(diǎn)是對(duì)層流冷卻水采用自流供水，此方式跟常用的壓力供水不同。通過(guò)將冷卻塔、冷水池（混合水池）高架，從而形成供水水面標(biāo)高（冷水池內(nèi)水面標(biāo)高）高于用戶點(diǎn)的水面標(biāo)高，實(shí)現(xiàn)自流供水。層流冷卻裝置機(jī)旁水箱的水面標(biāo)高為7.8 m，冷水池的池底標(biāo)高為10.8 m，兩者之間通過(guò)一根DN 1 400 mm的管道聯(lián)通，利用U型連通器的原理，使水由冷水池朝用戶點(diǎn)水箱流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)恒水位自流供水。由于取消了層流供水泵組，即第二次加壓，有效降低了循環(huán)水系統(tǒng)供水電耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

圖4　新型熱軋帶鋼層流冷卻水供水工藝流程Fig.4　Techno1ogica1 process of nove1 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water system for hot ro11ing strip stee1 production

3　主要建筑物設(shè)計(jì)及設(shè)備配置

3.1高架水池設(shè)計(jì)

高架水池高程設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)：①鋼混結(jié)構(gòu)的冷卻塔出水無(wú)壓，需將冷卻塔設(shè)置于冷水池上方；②為滿足自流供水，冷水池最低水面標(biāo)高設(shè)計(jì)需考慮機(jī)旁水箱最高水位（即溢流水位），以及U型連通管道的局部、沿程水力損失。

采用了F1uent軟件進(jìn)行數(shù)值分析，仿真得到的供水管道壓力分布和流速分布，在整個(gè)自流供水管道最大供水量13 500 m3/h的條件下，總阻損為19.62 kPa（即2.0 mH2O，含管道進(jìn)出口阻力損失）。本工程中，冷水池最低水面標(biāo)高為7.8 m（機(jī)旁水箱最高水位）+2.0 m+1.0 m（富余高度）=10.8 m。

由此可以看出，自流供水能有效地減少對(duì)用戶水箱沖擊，實(shí)現(xiàn)恒水位用水。

3.2熱水池設(shè)計(jì)

熱水池高程設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)：①層流鐵皮溝進(jìn)入處標(biāo)高；②熱水池有效池深從層流鐵皮溝溝底開始計(jì)算。本工程中，層流鐵皮溝進(jìn)入處標(biāo)高為-5.300 m，熱水池內(nèi)底標(biāo)高為-9.500 m，有效池深為4.2 m。

3.3系統(tǒng)設(shè)備配置

按常規(guī)熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，層流水通過(guò)鐵皮溝自流入層流熱水池，由旁濾泵泵組4臺(tái)（3用1備）提升（提升水量為總水量的50%）至過(guò)濾器、冷卻塔；另一部分水不經(jīng)過(guò)過(guò)濾冷卻，由層流提升泵（3用1備）直接提升至混合水池。兩者混合之后，由層流供水泵泵組7臺(tái)（5用2備）提升至車間內(nèi)機(jī)旁水箱供層流冷卻使用。

若同水量情況看，采用新工藝流程時(shí)，熱水和經(jīng)過(guò)冷卻塔冷卻后的冷水考慮在冷卻塔下的混合水池混合。這樣需要考慮設(shè)置2組層流提升泵，即1組泵用于將50%水量過(guò)濾后上冷卻塔冷卻（4臺(tái)水泵，3用1備），另1組泵用于將層流回水直接提升上冷卻塔混合水池（4臺(tái)水泵，3用1備），過(guò)濾器數(shù)量不變，冷卻塔數(shù)量不變，減少了1組水泵，其余水泵揚(yáng)程稍增加。

新型與常規(guī)的層流冷卻水供水系統(tǒng)的電耗對(duì)比見(jiàn)表2。

表2　新型與常規(guī)的層流冷卻水供水系統(tǒng)設(shè)備功率對(duì)比Tab.2　Power of devices in conventiona1 and nove1 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water supp1y systems

由表2可知，新型層流冷卻水供水系統(tǒng)比常規(guī)層流冷卻水供水系統(tǒng)可以降低電耗約1 000 kW。目前，新型層流冷卻水供水系統(tǒng)已經(jīng)在該廠建成投入運(yùn)行，日節(jié)電在2萬(wàn)kW·h以上，具有較高的經(jīng)濟(jì)收益。

4　結(jié)語(yǔ)

新型層流冷卻水供水系統(tǒng)具有供水穩(wěn)定、節(jié)約能耗的特點(diǎn)，滿足1 780 mm熱軋生產(chǎn)要求。日節(jié)電在2萬(wàn)kW·h以上，具有較高的經(jīng)濟(jì)收益。

［1］賈占友，湯武初，魏宏武.一種新型熱軋帶鋼層流冷卻裝置［J］.一重技術(shù)，2009，（3）：9-11.

［2］江開偉.熱軋帶鋼層流冷卻水處理系統(tǒng)流程探討［J］.鋼鐵技術(shù)，2000，（6）：23-25.

［3］石袁媛，蒲軍毅，劉惠.熱軋帶鋼層流冷卻循環(huán)水系統(tǒng)［P］.中國(guó)專利：201320832881.4，2014-04-28.

Technological process of laminar flow circulating cooling water supply system for hot rolling strip steel production

SHI Yuan-yuan1，HU Jing-cheng2
（1.Water Resources Department，CISDI Engineering Co.，Ltd.，MCC，Chongqing 401122，China；2.Rolling Mill Factory，Tangshan Yanshan Iron and Steel Co.，Ltd.，Qian’an 064400，China）

Through the comparison between the techno1ogica1 processes of conventiona1 and nove1 1aminar f1ow circu1ating coo1ing water supp1y systems for hot roo1ing strip stee1 production，the advantages of the nove1 one were ana1yzed.Combined with the actua1 project which had adopted the said nove1 system，the design process was e1aborated and the energy-saving performance of it was introduced emphatica11y.

hot ro11ing strip stee1；1aminar f1ow coo1ing；1aminar f1ow coo1ing water circu1ation

TU991.4

A

1009-2455（2016）02-0043-03

石袁媛（1983-），女，四川武勝人，工程師，本科，學(xué)士，主要從事工業(yè)給排水設(shè)計(jì)，（電子信箱）syy0929@126.com；胡井成（1969-），男，河北遷安人，助理工程師，大專，主要從事軋鋼給排水管理，（電子信箱）hujingchenghjch@126.com。

2016-03-10（修回稿）