工业压铸冷却水的纯水处理方案

工业压铸冷却水的纯水处理方案

陈桢毅

中恒建筑设计院（广州）有限公司   广东广州   510000

摘要：为了提高燃油效率，全铝发动机的铸造有更高的要求，本文通过实例对连铸生产工艺进行探讨，针对铸造过程中遇到的冷却水问题提出处理方法，为类似项目在设计和实施过程中,提供解决方法和技术参考。

关键词：铸造业；冷却水；纯水工艺

一、项目概况

本项目为新建压铸厂房，规划有6台7000T压铸机，主要用于铸造全铝发动机部件。

   二、设计原理

全铝连铸的生产工艺,温度的控制范围及稳定性对成品质量起着决定性作用。从铝水进入铸造机,通过冷却水的冷却后形成铸坯。铸坯在整个传送过程中的降温较为固定,一般情况下,出坯温度(送到机台的压力为0.4~0.5Mpa可设定,温度夏季≤32℃，25℃≤其他季节（温度可设定）≤32℃)。

系统中，水泵从铸造机产生的热水集水箱，抽水送至冷却塔，冷却后自流到集水箱，二次水泵从集水箱抽水，经过过滤器后送到压铸机，后回到集水箱

工艺如下：自来水—纯水系统—热水箱—冷却水泵—冷却塔--集水箱--二次水泵--过滤器—恒水器—铸造机。

三、冷却系统作为压铸工厂生产保障系统，本设计主要实现以下目标：

1、性能稳定可靠

铸造温度和铸造速度对铸坯出坯温度有着直观的影响：

(1)铸造温度过高,过冷度增大,会引起铸坯裂纹、晶粒粗大、柱状晶等铸坯缺陷,出坯温度增高。

(2)铸造温度过低,会引起铸坯内应力大(易产生轧制缺陷)、缩孔(影响填充)、及工艺控制失败。

(3)铸造速度过快，易引起铸坯冷却不足及冷却不均现象的发生，易产生铸坯断裂、缩孔、柱状晶等铸              坯缺陷,导致出坯温度高,产品质量波动大。             

(4)铸造速度过低,易产生轧制缺陷,出坯温度有所下降。

本设计首先从理论计算满足使用需要，结合多年现场积累数据持续优化设计，要求冷却水系统具有高稳定性，避免冷却水系统故障或停机，影响生产率和产品质量。

2、高效节能

冷却系统在低负荷时间时，可依负荷开启设备台数，水泵变频自动控制，冷却塔自动控制，变频恒压供水。系统节能高效，运行成本低。

四、 冷却水解决方案

（一）纯水系统：用于冷却水系统补水通常采用自来水，水质不能保证，设计经过比较后，采用纯水系统供水。纯水水质：纯水电导率≤10μs/cm，脱盐率≥98%，每年更换2次以上，纯水补给不能过慢，按每次清洗后灌满水需要2天时间，本设计采用一套产水量6t/小时的纯水设备，该设备也能进行系统快速自动补水。

★使用纯净水作为冷却水介质，主要原因如下：

普通循环水电导率高，会对工业生产和环境造成一定的危害，具体包括：
       ◆水质影响：循环水电导率高通常意味着水中溶解固体物质浓度较大，这可能会导致水质劣化，影响生产过程和产品质量。
       ◆加剧腐蚀：循环水电导率高时，水中的离子浓度大，容易与金属接触并形成电池，加剧设备、管道等材料的腐蚀和损坏。
       ◆降低能效：高电导率的循环水也会增加设备的能耗，需要更多的能量来处理和清洗水，从而降低了系统的能效。
       ◆污染环境：循环水中的污染物质排放到环境中可能会对周围的自然环境和生态系统造成影响，特别是对水生生物可能会带来潜在的威胁。

★循环水电导率升高的因素

1、没有连续排污；连续排污又叫表面排污或上部排污，主要是排除水中的含盐量和含硅量。循环水投用以来，由于期间一直采用不定期排污方式进行排污操作，随着气温的升高，蒸发量不断增大，使得循环水中的盐不断得到浓缩，离子浓度不断增加，电导率会不断上升。

2、不规律补充水；由于不定期排污，为了保持水位平衡，没有进行连续补水操作。这样随着水分的不断蒸发，水中的盐不断的得到浓缩。当电导率超出规定指标时，进行突击性排污，排污时水流速度较快，就使得循环水在集水池中发生扰动，从而导致含盐高的水进入换热器中，影响了整个循环水水质。

3、空气中杂质的带入；循环水的水质与冷却塔周围的环境有着很大的关系，比如冷却塔的周围空气中若含有NH3、H2S、SO2气体时，NH3在水中会水解成为碱。

4、温度的影响；水的导电能力不仅与水中杂质的含量有关，而且还与水的温度有关。一般情况下，温度每改变一度电导率值将产生1.4%的变化。

5、盐的种类的影响；水的电导率除受以上因素影响之外，还与水中所含盐的种类有关系，本单位循环水中所含盐类主要是钠盐，故水的电导率上升的较快，特别是夏季蒸发量较大时，循环水浓缩的更快，电导率变化就更大。

6、电化学腐蚀；盐含量高将使循环水中离子浓度增加，循环水的导电性增强，很容易发生电化学作用，增大腐蚀电流使腐蚀增加。此外循环水中的铜在水中会结成铜垢，与管壁的金属会形成电位差，从而形成化学电池，引起点蚀或局部腐蚀，而这种腐蚀是极其严重的，能够造成管壁穿孔或爆管。

7、系统结垢；电导率增加说明含盐量增大，由于装置是在高负荷下运行，换热设备温度高，会使水中的Ca2+、Mg2+等离子生成碳酸垢磷酸垢等沉积在换热器表面，从而导致换热器换热系数降低，影响了换热效果，严重时，还可能导致爆管。

以上原因，我们在设计冷却水系统时，补水均采纯水。同时设置电导率监控系统，按监控提示定期换水。

8、闭式冷却塔：用于车间经过换热后的热回水进行冷却。采用冷却塔的水温降为8℃（冷却塔进水温度：40℃，出水温度32℃）。冷却塔所有构件均采用304不锈钢材质，具有足够的防腐能力以适应在室外布置。设计的计算流量需能保证该地区夏季极端天气时，产出温度32℃以下。

冷却流体在闭式冷却塔热交换过程中，盘管内的载热介质因为没有与空气接触而保持其原来的品质特性，不会被污染、吸湿、挥发。

1）采用闭式冷却塔，相比开式水塔可以极大的保护冷却过程中，水质不被污染，避免了不同循环系统之间不同水质之间的交叉污染，从而保证系统的水质。

2）由于闭式冷却塔使用的是完全封闭的循环水系统，避免了传统冷却塔中由于蒸发、溢流等原因带来的水损失问题。这不仅可以降低水的使用成本，也有助于避免对环境带来的负面影响。

3）不易结垢，在开放式水循环系统中，水中的杂质和污垢容易在换热器内聚集，形成结垢，从而导致传热效率降低。而闭式冷却塔的水循环系统是完全封闭的，避免这种问题的出现。

4）闭式冷却塔还具有水质好、环保性强等特点。由于闭式冷却塔采用封闭的循环系统，水质得到了很好的保护。同时，通过使用一些先进的水处理技术，能够进一步提高循环水的质量。此外，闭式冷却塔能够有效地减少水和能源的消耗，因此可以降低排放物的产生，降低对环境的影响，具有环保性。

9、全自动过滤器：用于过滤系统内的杂质，防止冷却水系统中的杂质堵塞管路和压铸机的用水设备。

通过人工设定的周期，PLC到达时间自动发出指令，切断制水系统，开启循环冷却水相关阀门和水泵进行自动过滤。当系统检测到浊度超标，系统自动开启循环水过滤系统，对系统循环水进行过滤。

四、 车间管路设置

车间内设置冷却水的供、回水管路，根据车间布局在压铸机中间对各管路进行分别布置，主管道采用同程系统，更好平衡冷却水到各压铸机的水量及压力，冷却水主管道采用架高安装，到压铸机机台边采用高位安装或管沟安装，预留接机阀门。

五、运行分析：

1、采用闭式冷却塔，对于高湿度高盐度腐蚀的环境有更明显的耐腐蚀优势，维护成本较低，运行成本低。

2、纯水系统采用二次反渗透技术，减少废水排放，回收率为90%。二次泵通过变频控制，较少能耗。RO膜是纯水生产系统的易损品，采用抗污染大通径系列RO膜不容易堵塞，更有利于二次反渗透装置的纯水生产系统。

3、系统运行稳定，生产的次品率下降，压铸件生产时间从原工艺的12~15秒/件，提升到9~11秒/件。为业主带来较大的效益。

参考文献：

[1]罗军  铸造工艺循环冷却水对工艺温度的影响和恒压变频控制   新疆有色金属2016.05.04

[2]侯波,李建荣.铝合金连续铸轧和连铸连轧技术.冶金工业出版社，2008.1.