采用高技术含量自动自净化过滤装置

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采用高技术含量自动自净化过滤装置

前言

钢厂是用水大户，高炉炼铁、板材轧制、制管、连铸等生产操作都离不开水，必须用大量水进行冷却、除鳞及润滑。水资源曾经一度被忽视，为彻底走出这一误区，水的循环利用、节约用水已成为钢铁行业极为重视的问题。在纪念世界水日及中国节水宣传周上推出的一种钢厂用高技术含量的全自动过滤装置——自动自净水过滤装置，能够更有效地清除钢厂水系统的可沉淀固体物及总悬浮物体。

钢厂通常采用的过滤装置或过滤器有多种，例如：平板式、袋式、筒式、篮式、砂床式、多介质式等，不胜枚举。在这些过滤装置中有不少是形式陈旧，效率差，浪费大，而自净化网式过滤装置坚固耐久、效率高颇受欢迎。

1 网式过滤装置滤网的构成

网式过滤装置滤网元件是用：普碳钢、不锈钢或其它耐蚀合金制成，有3种构造型式：第一种是圆筒型，用多孔钢板制成，孔多为圆形，孔径不小于3000μ，适用于粗过滤；第二种是由许多梯形断面扁平线材并列配置组成，梯形线材倒置留出的沟隙即为滤孔，孔宽度一般在0.5～2.0英寸之间；第三种是编织型，材质为不锈钢，网孔可以是正方形及矩形还有所谓的荷兰编织型，网孔尺寸取决于对网强度的要求及所需的滤级。

2 网式过滤装置净化方式

网式过滤装置最简单的净化方法是用断流伐将过滤装置与水系统隔开，使滤网背面的水反向流过滤网，冲掉网上被拦截的各种污、杂物，使之随回流水排出过滤装置。只要滤网正反两面存在压差，这种净化过程就会继续。而一旦滤网被净化开通的滤孔总面积等于过滤装置入水口及出水口横断面总面积，滤网两个面之间的压差消失，过滤装置便会恢复正常运行的恒定流量。编制型滤网装置其网孔总面积是其入水口及出水口总面积的5～10倍，因而其滤网无法用上述反向水流冲刷法清洗干净。反向冲洗法只适用于网孔面积小的编织型滤网，而网孔面积小意味着网纳垢容量低，需频繁进行网的净化。

有些网式过滤装置是以机械方法用刷子或刮板清除网上所拦污、杂物。这种方法简单，无需复杂控制系统多用于粗过滤，需注意防止被拦污染物更深地楔入网内及防止较细污、杂物从网中穿越过去。

现在有更多的钢厂采用自动自净式网式过滤装置。这种过滤装置技术含量高，包括滤网净化在内的全运行过程都完全自动化。这种自动自净化过滤装置是借助流体与大气之间的压差，利用水的流动势能启动，用抽吸法彻底清除滤网上所拦污染物。此装置实际上是个系统，其净化器件及作用过程简单地说就是：在滤网内侧装有一根集污管，管上端弯向滤网表面，而且管弯头的管口紧逼滤网表面。集污管下端位于过滤装置之外，并有一排放伐。当打开此伐时由于堵塞的滤网与大气间压差作用，集污管内产生很强抽吸力，结果滤网上的污、杂物被该管弯头管口吸入集污管中，经此管通过排放伐排出过滤装置。

自动自净化网式过滤装置详情可参见图1。

3 自动自净化过滤装置应用场所

自动自净化过滤装置应用场所主要包括：

①高炉——有些高炉是在炉壳外表面洒水冷却炉体。更多的高炉是让水在炉墙内的冷却壁（板）中流过冷却的炉体。无论哪种冷却方式都需对所用的水进行过滤。炉缸除大修期间外，平时无法接近，因此是用敷在炉缸砌体内的水管来冷却。此外用水也需过滤才可预防水管被水中污、杂物堵塞，确保炉缸得到充分冷却。还有一处其用水也需过滤，那就是煤气洗涤系统及袋式除尘器。

②连铸机——结晶器上铜套冷却水来自冷却塔。必须保证塔水无污、杂物才能预防结晶器表面被沉积物隔热而削弱热传递。结晶器下部铸坯出口处，喷水冷却也需保证喷嘴不被堵塞，才能正常运行，避免铸坯畸形。第三个过滤点是在冷水井与冷却塔之间，目的是防止塔水沉积氧化铁皮。

③热轧机——为了延长轧辊寿命，轧制中需喷水冷却轧辊。若喷嘴堵塞，轧辊未得到充分冷却就会过早破损，此水的冷却塔与轧辊水冷系统之间设置网式过滤装置清除污、杂物。此外轧制当中高温金属表面形成氧化铁皮，必须在轧辊之间喷水清除之。预防喷嘴堵塞也需用网式过滤装置滤掉这些氧化铁皮。热轧机最后一个过滤点是氧化铁皮坑与水冷却塔之间的回水管道。

④冷轧机——冷轧薄板及其高附加值产品生产当中。钢板与轧辊之间的巨大作用力会产生温度极高的热量，必须及时消除此热量才能保护冷轧辊不受伤害。与热轧机场合相似，也是往轧辊喷洒冷却水。酸洗线用水也需事先仔细过滤。在用水设备与水系统之间及冷却塔与回水管之间都需设置高效过滤装置。

4 自动自净化网式过滤装置应用实例

自上个世纪末期以来，美国越来越多的钢铁企业（包括铝厂等有色厂）陆续采用先进的水过滤装置，下面介绍其中的一些典范。

美国中西部地区一家一流钢厂原先用篮式过滤装置处理冷轧机冷却水。藻类、昆虫、树絮及其它非有机污物经常使过滤装置堵塞，每3～5h就需用手工净化滤网，清除网上所拦污、杂物，劳动强度大，费时又费钱。1999年改用1台12寸自动自净化过滤装置，实现过滤全过程自动化，经过10年这台装置仍在正常运行。

俄亥俄州一家年产50万t各种管材的热轧管厂，其轧辊上所喷冷却水落入车间地坪排水沟，与沟中乱纸等废弃物一起流入氧化铁皮坑，水从此用外用泵回送至冷水井，再返给轧辊冷却水喷嘴，形成循环水路。2005年该厂投产时即采用自动自净化过滤装置（滤网为不锈钢梯形断面偏平线材排列而成），现已安全运行3年，从未修理。

宾夕法尼亚一钢厂连铸机生产人员从前每2～3min就需清整一次老式过滤装置，令人厌倦。1998年装用自动自净化过滤装置，清除氧化铁皮，氧化铁，砂粒，盐碱块，藻类及其它微生物，甚至油污，效率高，成本低。

新英格兰一家低合金高强度宽厚板厂采用多台自动自净化网式过滤装置，预防连铸机及热轧板机冷却水喷嘴堵塞及确保高压水除鳞水泵安全运转。此外，因5000万加仑水安全循环系统是从附近一条大河补充新水，使水系统污、杂物增多，因而后来又在补充水管路装用了同样过滤装置。

自动自净化网式过滤器使用规模最大的场所是在密执安湖旁的一家大钢厂。该厂用32台并列过滤装置处理庞大热轧机轧辊冷却水。水流量为3～4万gpm，滤级为100μ。这些过滤装置运行状态非常紧迫，工作压力达85～125psi。由于污、杂物负荷极重，每周需清洗过滤装置3000多次。在这种极端条件下，过滤装置清洗用水仅占水系统总流量的2％，而且经常低于1％。该厂还装用另外10台同样规格过滤装置，用于除鳞作业用水过滤。这40台装置都是利用水系统本身水压驱动自净化机构。7年来42台过滤装置一直发挥作用。

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5 设计中需注意的问题
    怎样为钢厂正确用水选用对路的过滤系统是个复杂问题。从钢厂水系统中需清除的固体颗粒物有柔软、坚硬、尖锐、磨削力强、脆性及粘性等各种混杂物。淤泥由稀油、干油及粉尘构成，不但很软，而且有相当大的塑性（是冷却塔里藻类长期滋生的后果）。如果滤网面侧压差过大，捕集物就会被挤过滤网。临界设定值定为87psi比较适用净化周期启动，可避免捕集物挤过滤网。氧化皮及氧化铁属于磨削力强物，由于梯形断面扁平线材滤网沟槽状滤孔较长，容易让这类捕集物“跑掉”。打扫车间当中落入设备旁边地坪水沟里的香烟头，破烂废纸片等是易碎物，必须使接近滤网的水流速度足够地低，才能避免这些脆性物碎成小块，从网中钻过去。油类（稀油、干油）使滤网拦截的各种混杂物变得相当粘，会降低某些自动自净化过滤装置所用净化周期临界启动的实效。极其重要的一点是，不可采用过低的滤级影响下游作业的安全。过低的滤级会迅速导致堵塞及极高的净化周期频率。由于污、杂物负荷很重及固体颗粒特征各异，必须为系统设计充裕的滤网面积，保证规定的水流量，钢厂热轧冷却水过滤系统每1000gpm过滤面积可能是一般火电厂冷却塔所需水过滤面积的3倍。过滤装置的工作压力标准也应注意，因为许多钢厂是用160psi以上水压操作。
    合理的设计还应包括配置自动旁通系统。在过滤系统发生机械或功能性故障时，系统的自动控制装置应能及时打开旁通管路。另外，过滤装置净化周期中所用的水宜送往澄清池或其它废水处理设施，以保证水能安全返回使用。对钢厂水过滤系统设计可能有很大影响的其它因素还有温度、水压波动、过滤装置位置（室内、室外、防冻、防涝等）、场地大小及方位以及其它特殊要求，例如防爆，易接近便于维护等。
    结语
    许多钢厂采用高技术含量过滤系统——自动自净化过滤装置。实践表明：这项技术非常适用，经常是首选。但由于钢厂及重金属冶炼厂生产条件极其苛刻，所以设计中要针对特殊问题进行选择。只有设计合理，才能像有些厂那样使装置经久耐用。
    自动自净化过滤装置通常适用于连铸、热轧、冷轧、高炉等，能保证冷却及除鳞作用的圆满实施。多孔滤网价廉而坚固，但只适合粗过滤场合。梯形断面线材滤网坚固而且相当简便，但容易使鳞片状混杂污物从凹沟形滤孔穿越，同时网孔总面积（纳垢能力）很快下降，滤级会迅速变到500μ以下。线材编制型滤网网孔可小到50μ左右，但必须编成多层形式才可保证网线达到足够使用强度。
    自动自净化网式过滤装置优越于其它类型过滤方法的地方，首先是净化用水量少，只占水总流量的1％。其次是这种过滤装置自净化中不停止作业能在自净化中继续为用户输送已过滤的洁净水。