高炉循环冷却系统的金属腐蚀与控制讲述.doc

高炉循环冷却系统的金属腐蚀与控制（朱几） | [] [] 0 　　高炉循环冷却系统中有金属冷却器(冷却壁或板等)、金属管道与金属阀门等不同金属材料的设备和配件。冷却水在其中循环换热,与金属材料长时间的接触,使金属遭到破坏的现象就称作腐蚀。如金属处在空气中或与水接触时都会使金属的表面产生锈蚀现象,一般常见的有铁表面生锈,铜表面长铜绿等。腐蚀的原因既有金属本身的因素,也有循环冷却水中物质的因素以及温度等环境因素。由于溶解氧、含盐量和可溶性有害气体浓度随浓缩倍数提高而成正比增加,加上循环冷却水系统伴生的微生物腐蚀,因此,冷却水对金属材料的腐蚀会随运行时间的延长而加剧,为了保证高炉循环冷却系统的正常安全运行,必须对系统进行腐蚀控制。 1　高炉循环冷却系统的金属腐蚀原因 　　1.1 　　1.1.1 　　影响高炉循环冷却系统的金属腐蚀因素,一是金属材质和内部结构组织,二是高炉周围环境条件。 金属材料一般含有多种元素,比如铁和钢,它们不仅主要含铁而且都含有不同比例的其他微量元素(碳、硅、硫、磷等),这些元素的电极电位不同,当两种不同金属材料处在同一溶液中或两种不同金属相连接时,由于其电极电位不同,就易产生电化学腐蚀。一般贵重金属比普通金属的耐腐性强,这是由于贵重金属的电位高于普通金属。从电位数值可以预计,如两金属相连接时,电位较低的金属将受到腐蚀。电位低的金属为金属腐蚀的阳极端,易受腐蚀;电位高的则为阴极端,腐蚀缓慢或不易腐蚀。两种金属的电位差越大,腐蚀就越快;反之,如电位差接近零就不会产生电化学腐蚀。 　　电极电位较高的元素与电极电位较低的元素可以形成原电池的阴极和阳极,当循环冷却水流过时,水中的氧参加化学反应,形成电流,电极电位较低的元素不断氧化、溶解、腐蚀。例如,铜与钢连接时,钢的电极电位低,因而钢就遭到腐蚀,而铜则不受影响。 　　1.1.2 　　金属在机械加工过程中,由于锻打、挤压、弯曲和切削等原因,使材料变形部分和加工部分产生应力集中的情况,而应力集中部位电位较低,形成阳极腐蚀。金属加工过程中常会有残余应力存在,金属遭到开裂腐蚀有两种常见的形式,一是晶间开裂,一是穿晶开裂。晶间开裂腐蚀发生在金属内部晶粒界面之间,而穿晶开裂腐蚀则是横穿晶粒。受应力腐蚀开裂时,多发生于垂直其应力方向。在高温的冷却水或有其他腐蚀状态出现时,能促进这种开裂腐蚀。奥氏体和马氏体不锈钢的应力腐蚀就属于开裂腐蚀的两种类型。穿晶开裂腐蚀常发生在应力疲劳的情况下。防止开裂腐蚀,需在设备加工或焊接后进行应力消除工作,如采用纯金属则能抵抗这种开裂腐蚀。 　　另外,金属表面有裂缝、伤痕等损伤时,这些损伤部分的金属相对于未损伤部分来说电极电位较低,成为微电池的阳极,因此腐蚀常从这里开始。 　　金属材料中晶格缺陷和晶间界面的不均匀性也可以造成电位差,同样当循环冷却水流过时,会形成电流,造成腐蚀。 　　1.2 　　高炉冷却水在循环冷却过程中由于和空气的充分接触,水中的溶解氧往往接近于饱和程度。氧在电化学腐蚀过程中是一种去极化剂,所以它是电化学腐蚀的极为重要因素之一。 　　1.3 　　水温对高炉循环冷却系统的金属腐蚀影响,往往取决于氧的扩散速率,一般情况下,温度上升10℃,则腐蚀速率约增加30%。在密闭式循环冷却水系统中,腐蚀速率最大,以后即随温度的升高而急剧下降,这是因为水中溶解氧的浓度因水温升高而减少的缘故。冷却器在冷却水中,各部位除因结垢程度不同造成局部腐蚀外,还会因温度不同形成腐蚀电池,高温部位相对低温部位而言是阳极。 　　1.4 　　碳钢在冷却水中被腐蚀的主要原因是氧的去极化作用,而腐蚀速率又与氧的扩散速率有关。当冷却水在管内流动时,即使是湍流,在接近管壁处仍存在滞流边界层,氧欲扩散到金属表面必须克服这一滞流边界层所造成的阻力,边界层愈厚,氧的扩散愈慢。边界层的厚度随水的流速增大而变薄,因此,水流速度大,有利于氧的扩散,所以碳钢的腐蚀速率随着水流速度的升高而加大。同时,流速较大时,还可冲去沉积在金属表面上的腐蚀、结垢等生成物,使氧向金属表面扩散的量增加,导致腐蚀加速。随着水流速度进一步的升高,腐蚀速率反会降低,这是因流速过大,向金属表面提供的氧量已足以使金属表面形成氧化膜,起到了钝化金属的缓蚀作用。这种呈现出最大腐蚀速率的流速,是受水中溶解氧浓度、水温和水质等影响的。如果水流速度继续增加,则会破坏氧化膜,使腐蚀速率再次增大,当水流速度很高时,就会产生气蚀,引起严重的局部腐蚀。当然,水流速度的选择,不能只从腐蚀角度出发,还要考虑到传热的要求。水流速度过低,传热效率会降低,冷却水流速一般在1m/s左右。 　　1.5 　　前面已讨论过溶解氧对高炉循环冷却系统的金属腐蚀影响作用,水中溶解氧浓度与水温有关。下面讨论主要的可溶性有害气体对金属的影响。天然水中溶解的