摘要：针对冶金热轧循环水系统存在的水质浑浊、能耗高、回用率低及环保风险突出等行业痛点，文章研发了一套“余压驱动过滤、分系统净化、全流程循环”的热轧循环水净化与零能耗回用技术体系。通过净环水水质精准调控、浊环水闭环处理及能量梯级利用等创新设计，实现了循环水全流程零新增能耗运行与100%循环利用。工业应用表明，该技术将循环水浑浊度稳定控制在3以内，除尘系统喷头堵塞率降至5%以下，年节约水费100万元、药剂费50万元、能耗费200万元，总经济效益达351万元/年，同时减少碳排放56吨/年，为钢铁行业绿色高效发展提供了关键技术支撑。

　　关键词：热轧循环水；零能耗过滤；闭环回用；分系统净化；节能减排

　　在冶金热轧生产中，循环水系统是保障轧辊冷却、轧件降温、除尘等核心工艺稳定运行的“生命线”，其运行质量直接关联生产效率、产品质量与环保达标水平[1]。传统热轧循环水系统长期面临多重技术瓶颈：净环水因水质控制不足，管网腐蚀、结垢问题频发，年均设备维护成本增加超200万元；浊环水回用率仅60%~70%，新水补给量达1255m3/d，水资源浪费严重；过滤系统依赖增压设备，能耗占生产总能耗的8%~12%；除尘系统因水质浑浊度高（常超50NTU），喷头堵塞率超30%，导致停机维护频繁[2]。

　　随着国家“碳达峰、碳中和”政策推进及环保要求升级，钢铁企业面临节能减排与降本增效的双重压力。据行业统计，传统循环水处理模式因水量不平衡、药剂流失及增压能耗等问题，年经济损失普遍达数百万元，且新水消耗与废水排放难以满足《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456—2012）的严格要求[3]。在此背景下，文章通过研发热轧循环水净化与零能耗回用技术，旨在通过技术创新破解传统工艺瓶颈，构建适配冶金行业的高效循环水处理解决方案。

　　1热轧循环水净化与零能耗回用技术设计

　　1.1技术体系架构

　　该技术以“水质精准净化、能量梯级回收、全系统循环”为核心目标，构建三级协同技术体系，实现循环水处理全流程的高效化与节能化。

　　1.1.1净环水净化单元

　　针对净环水冷却功能需求，通过“旁通过滤+余压驱动”设计实现水质精准调控。采用240m3/h重力无阀过滤器，依托加热炉回水余压（0.3~0.5MPa）完成过滤与反清洗，无需额外增压设备；增设旁通过滤器优化管路布局，保障净环水在循环过程中的稳定性。为进一步提升净环水水质调控精度，该单元还集成了水质在线监测模块，实时采集浑浊度、pH值、硬度等关键参数，当监测数据偏离预设阈值时，自动调节过滤器运行参数，确保净环水始终满足轧辊冷却、设备降温等工艺对水质的严苛要求。同时，结合净环水水质特性前期研究成果，过滤器滤料选用粒径0.8~1.2mm的石英砂，孔隙率控制在40%~45%，进一步提升过滤效率与水质稳定性，为后续循环回用奠定基础。

　　1.1.2浊环水处理单元

　　针对浊环水含油量高、悬浮物多的特性，开发“全自动过滤+砂滤工艺”深度处理流程。通过“全自动过滤装置+澄清水罐”组合工艺去除油污与细小悬浮物，净化后定向回用至水雾除尘系统，形成“处理-回用-再处理”的闭环循环。其中，全自动过滤装置采用多介质过滤技术，填充石英砂、无烟煤等滤料，可有效截留粒径≥10μm的悬浮物与油滴；砂滤工艺则选用级配砂滤料，进一步去除水中残留的细小杂质，使浊环水净化后浑浊度稳定≤5NTU，完全满足水雾除尘系统用水标准。且全自动过滤装置采用压差控制反洗，当进出口压差达0.15MPa时自动启动反洗程序，反洗水用量仅为过滤水量的3%~5%，兼顾净化效果与水资源节约；砂滤单元滤料层高800mm，级配粒径0.5~2.0mm，确保对细小杂质的截留效率。

　　1.1.3能量回收单元

　　挖掘系统固有能量潜力，利用加热炉回水余压驱动过滤装置，替代传统增压泵；通过余压上塔冷却技术优化水循环路径，实现能耗“零新增”。为最大化能量回收效率，该单元还设计了余压调节装置，可根据加热炉回水压力波动情况，自动调整余压利用比例，确保在不同生产工况下，均能为过滤系统提供稳定的动力支持，避免因余压不足导致过滤效率下降或余压过剩造成能量浪费。

　　1.2核心技术创新

　　1.2.1余压驱动零能耗过滤技术

　　突破传统过滤系统依赖增压设备的技术瓶颈，创新采用重力无阀过滤器与加热炉回水余压协同设计。运行过程无需人工干预，实现电耗、日常维护费用双零，较传统增压过滤系统能耗降低100%[4]。该技术的核心创新点在于，通过对重力无阀过滤器的结构优化，将加热炉回水余压转化为过滤动力，同时利用水力虹吸原理实现自动反清洗，无需额外配置反清洗泵，进一步降低了系统能耗。此外，过滤器内部采用环氧树脂防腐涂层与增强型不锈钢滤网，有效提升了设备抗腐蚀、耐磨损能力，延长了核心部件的更换周期。

　　1.2.2浊环水闭环回用工艺

　　针对浊环水回用率低的问题，设计模块化深度处理流程。全自动过滤装置通过智能监测水质参数（浑浊度、含油量）自动调节过滤精度，砂滤单元进一步截留粒径≤5μm的悬浮物，净化水回用至除尘系统后返回浊环系统再次处理，实现100%循环利用，彻底解决新水补给压力。该工艺的创新之处在于，采用模块化设计理念，可根据企业浊环水水质特性与处理需求，灵活调整全自动过滤装置与砂滤单元的组合方式及运行参数，无需对原有浊环水系统进行大规模改造，降低了技术推广应用的难度与成本。同时，通过闭环循环设计，不仅实现了浊环水的零排放，还减少了因新水补给带来的水质波动，提升了水雾除尘系统运行稳定性。

　　1.2.3低浑浊度精准控制技术

　　通过优化过滤层级（粗滤-精-深度净化）与净化方法，将循环水浑浊度严格控制在3以内。净环水经旁通过滤器净化后，管网腐蚀速率从0.2mm/a降至0.05mm/a；浊环水净化后用于除尘系统，喷头堵塞率从30%以上降至5%以下，维护成本降低50%以上[5]。该技术的关键创新在于，基于不同循环水系统的水质需求，制定差异化的浑浊度控制策略：针对净环水，通过粗滤去除大颗粒杂质、精滤截留细小悬浮物、深度净化吸附水中胶体物质，确保浑浊度≤3NTU，有效预防管网腐蚀与结垢；针对浊环水，通过多级过滤与吸附处理，将浑浊度控制在5NTU以下，避免喷头堵塞。此外，还开发了浑浊度预测模型，通过分析历史水质数据与生产工况参数，可提前预判水质变化趋势，及时调整净化工艺参数，实现浑浊度的精准调控。

　　1.2.4分系统协同净化设计

　　基于净环水与浊环水的不同功能需求，采用差异化净化策略。净环系统聚焦冷却效率保障，通过余压过滤控制水质稳定性；浊环系统侧重除尘效果优化，通过砂滤工艺提升水质清洁度。两大系统独立运行又协同联动，实现全流程水质精准匹配。该设计的创新点在于，打破了传统循环水系统“一刀切”的净化模式，根据净环水与浊环水的水质特性、用途及工艺要求，分别制定针对性的净化方案，提高了水质净化的有效性与经济性。同时，通过构建系统协同控制平台，实现了净环水与浊环水系统之间的信息共享与联动调节，当其中一个系统水质出现波动时，另一个系统可及时调整运行参数，避免水质问题扩散，保障整个循环水系统的稳定运行。

　　2实验验证与结果分析

　　2.1实验装置与参数

　　2021年1-12月，在某公司压延厂热轧生产线搭建中试装置，处理规模为200m3/h。实验期间监测进水水质：净环水浑浊度15~25NTU，浊环水浑浊度40~70NTU、油污30~80mg/L；运行参数包括过滤速度（1.2~1.5m/h）、余压利用效率(≥90%）、自动化响应时间(≤5s）。实验周期为12个月，重点验证净化效果、能耗指标及运行稳定性。实验装置包含2台重力无阀过滤器、3台全自动过滤机及配套水质在线监测系统，每月开展1次全参数检测，累计获取有效数据超1000组，确保实验结果的准确性与可靠性。

　　2.2净化效果验证

　　实验数据如表1所示，净环水经重力无阀过滤器处理后，浑浊度稳定≤3NTU，较改造前降低85%以上，有效预防了管网腐蚀与结垢；浊环水经深度处理后，浑浊度从改造前的40~70NTU降至5NTU以下，油污去除率达98.2%，完全满足水雾除尘系统用水要求。

　　2.3能耗与回用效率分析

　　能量回收系统运行数据表明：加热炉回水余压完全驱动过滤装置与反清洗过程，系统新增电耗为0，较传统工艺年节约电费200万元；净环水通过余压上塔冷却技术优化循环路径，水泵运行负荷降低30%。水循环效率提升显著：净环水旁通净化回用率从70%提升至100%，浊环水经闭环处理实现零排放，整体循环水回用率从改造前的65%提升至100%，日均减少新水补给1255m3，按1.8元/m3水费计算，年节水成本达100万元[6]。

　　此外，结合项目实施后新水用量推移数据，改造后净环水、浊环水回用改造分阶段落地，2020年1-6月新水用量从月均超9万吨降至约4.96万吨，进一步验证水循环效率提升的实际成效。

　　3工业应用与效益分析

　　3.1现场应用效果

　　2021年12月该技术在广东广青金属压延有限公司1780mm热轧生产线正式投用，运行至今系统稳定可靠。实际监测显示：净环水浑浊度长期稳定在2~3NTU，未发生管网腐蚀、结垢导致的生产中断；浊环水净化后回用至除尘系统，喷头堵塞率控制在5%以下，除尘效率提升20%，轧线环境粉尘浓度降至1.5mg/m3以下，达到国家超低排放标准。

　　系统全自动化运行成效显著：过滤、反清洗、水质监测等环节实现无人值守，设备自主完成异常响应与参数调节，人工运维成本降低60%；通过“分段模拟+实时反馈”调试法，系统启动调试周期缩短至15天，较行业平均水平减少50%。同时，项目围绕技术创新形成知识产权体系，申报1项发明专利及3项实用新型专利，覆盖水雾除尘、水质净化等关键创新点，为技术推广提供知识产权支撑。

　　3.2经济与环境效益

　　3.2.1经济效益

　　水费节约：减少新水补给1255m3/d，年节约水费1255×365×1.8≈100万元；

　　药剂费节约：避免因水量不平衡导致的药剂流失，年节约药剂费1255×365×1≈50万元；

　　能耗节约：余压驱动替代增压设备，年节约电费200万元；

　　运维成本降低：喷头堵塞率下降减少停机维护，年减少损失31万元。

　　总经济效益达351万元/年，投资回收期仅8个月。

　　3.2.2环境效益

　　水资源循环利用率提升至100%，年减少新水消耗45.8万吨，相当于节约183×104m3水资源；

　　废水零排放，年减少COD排放1.8吨，降低环保处罚风险；

　　零新增能耗运行，年减少碳排放56吨，助力企业实现“双碳”目标。

　　4存在问题与改进措施

　　4.1特殊工况适应性不足

　　极端水质波动（如突发污染物超标）时，系统自动调节响应速度较慢，需30~60min恢复稳定。改进措施：增设多参数在线监测模块（涵盖pH值、污染物浓度），建立应急过滤单元，当监测数据超阈值时自动切换备用系统，响应时间缩短至5min以内。

　　4.2设备长期损耗风险

　　过滤系统核心部件（滤网、密封件）受高温循环水冲刷，耐用性下降，需每12个月更换一次。改进措施：选用增强型不锈钢滤网与耐磨损密封胶圈，增加设备维护智能提醒功能，根据运行时长与水质数据推送保养计划，延长部件寿命至18个月。

　　4.3数据监测精细化不足

　　现有系统侧重浑浊度监测，对循环水硬度、微生物含量等指标缺乏实时预警。改进措施：升级控制系统数据采集功能，建立水质变化趋势分析模型，通过历史数据对比预判腐蚀、结垢风险，实现从“被动处理”到“主动预防”的转变。

　　5结论

　　综上所述，文章开发的热轧循环水净化与零能耗回用技术，通过余压驱动过滤、分系统协同净化及全流程闭环回用等创新设计，有效破解了传统循环水系统的水质与能耗难题。技术创新性体现在：一是突破能耗瓶颈，利用回水余压实现过滤系统零能耗运行；二是提升回用效率，构建浊环水闭环处理体系；三是保障运行稳定，通过精准控污降低设备维护成本。后续通过优化应急响应机制与设备耐用性设计，该技术可进一步推广至冷轧、中厚板等同类循环水系统，为钢铁行业绿色转型提供可复制的技术范式。

　参考文献

　　［1］李华忠，戈文金，吴霞.热轧循环水处理工艺及设备技术改进［J］.江西冶金，2012，32（6）：41-43.

　　［2］吴良玉，李英.武钢热轧浊循环水水处理工艺改进与成效［C］//2008年全国冶金供排水专业年会论文集.2008：17-21.

　　［3］吴波，赵从菊.冷却循环水系统的节能改造［J］.节能与环保，2009（11）：53-55.

　　［4］叶春香，刘平元.无阀过滤器自动切换处理两套循环水的设计［J］.中国设备工程，2018（6）：163-164.

　　［5］广东广青金属压延有限公司，广东广青金属科技有限公司.热轧板带层流冷却系统用水处理装置：CN202222126900.3［P］.2023-04-07.

　　［6］广东广青金属压延有限公司，广东广青金属科技有限公司.不锈钢热轧板带水雾除尘、轧制油系统用水质净化装置：CN202222055943.7［P］.2023-01-17.