一、冶金循环水结垢诱因与过滤防控逻辑

（一）水质污染特征

冶金循环水分为浊环水与净环水两类，污染物特征差异显著。轧钢浊环水、连铸二冷水直接与高温坯料接触，水体中混入大量氧化铁皮碎屑、氧化铁鳞与金属磨粒，粒径跨度从几十微米至数毫米，悬浮物浓度可达 50~200mg/L；净环水主要用于换热器、液压站冷却，污染物以管道锈蚀产物、钙镁结晶颗粒为主，悬浮物浓度相对较低但颗粒粒径更细。两类水体均含有一定浓度的钙、镁、碳酸氢根等离子，具备化学结垢的物质基础。

（二）复合结垢机理

冶金循环水系统的垢层多为颗粒沉积与化学结晶共同形成的复合垢：一方面，氧化铁皮、锈蚀颗粒在流速较低的换热器管束、喷嘴内壁沉降，形成物理沉积垢层；另一方面，水中钙镁盐类在温度、pH 变化下析出结晶，悬浮颗粒作为结晶晶核加速垢体生长，二者相互促进使结垢速率显著提升。相较于单纯化学结垢，含氧化铁皮的复合垢硬度更高、清洗难度更大，对生产的负面影响也更突出。

（三）过滤防控逻辑

高效过滤是结垢源头防控的核心手段：通过截留悬浮态固体颗粒，减少结晶晶核数量与垢层沉积基底，可直接降低 50% 以上的复合结垢速率；同时可避免大颗粒铁皮冲刷磨损泵体、堵塞喷淋喷嘴，保障系统水力工况稳定。相较于化学阻垢手段，物理过滤无药剂添加、无二次污染，运行成本更低，是冶金循环水提效改造的首选方案。

二、自清洗过滤器结构与工况适配性

（一）核心结构组成

利菲尔特刷式自清洗过滤器由承压罐体、楔形网滤元、电动刷式清洗机构、自动排污阀、压差传感单元与 PLC 控制模块组成。罐体可选碳钢防腐、304/316 不锈钢材质，适配冶金循环水的腐蚀工况；滤元采用 V 形楔形丝绕焊成型，缝隙外窄内宽，精度覆盖 20~500μm；清洗刷采用耐磨不锈钢丝材质，紧贴滤元表面安装，由减速电机驱动做圆周运动；控制系统支持压差触发、定时触发、手动控制三种模式，可接入厂区 PLC 系统实现无人值守。

（二）工作运行原理

正常过滤状态下，水体由滤元外侧向内侧渗透，氧化铁皮、悬浮物被截留在滤元外表面，洁净水体从出口流出进入循环系统。随着滤饼堆积，进出口压差逐步升高，当达到设定阈值时，系统自动启动清洗程序：减速电机带动不锈钢刷沿滤元表面旋转刮扫，剥离附着的氧化铁皮与垢屑；同步开启底部排污阀，杂质随少量水流排出罐体。 清洗全程主流通道保持导通，系统流量波动≤5%，无需停机断流，单轮清洗时长仅 10~30 秒，排污耗水量占处理水量的 0.1%~0.3%，运行经济性显著。

（三）冶金工况适配优势

一是抗卡塞性能强。楔形网缝隙外窄内宽，硬质氧化铁皮仅与滤元表面点接触，不会嵌入缝隙造成永久堵塞，使用寿命是普通编织网的 2~3 倍，适配高硬质颗粒的冶金浊环水工况。 二是清洗再生可靠。机械刷式刮洗力度可控，可有效剥离附着的氧化铁皮与压实垢屑，避免滤层板结；相较于反冲洗式过滤器，无需额外反洗水源与加压泵，管路配置更简单。 三是连续运行适配性好。在线清洗不停机的特性，完全匹配冶金生产线 7×24 小时连续生产的要求，避免过滤维护造成的生产中断；全自动化运行可适配车间少人值守的运维模式。

三、核心选型与运行参数优化

（一）楔形网精度选型

精度选型需匹配循环水类型与保护对象，精度过高会导致堵塞频繁、运维成本上升，精度过低则结垢防控效果不足。不同冶金循环水场景的选型参数如下表所示。

表 1 冶金循环水场景自清洗过滤器选型参数

（二）刷式清洗参数优化

清洗触发采用压差优先、定时备用的双控制模式。常规工况下，氧化铁皮含量高的浊环水压差阈值取 0.06~0.08MPa，净环水取 0.05~0.06MPa；定时清洗作为兜底机制，浊环水设定 8~12 小时一次，净环水设定 24 小时一次，避免低负荷工况下滤饼长期压实板结。 单次清洗时长控制在 15~30 秒，刷体转速设定为 20~30r/min，既保障刮洗彻底，又减少刷丝与滤元的机械磨损；高杂质工况可适当延长清洗时长，低杂质工况可缩短时长，进一步降低排污耗水。

（三）安装方式与流量配置

高压喷淋、除鳞等对水质要求高的系统，采用全流量主管过滤，全部循环水经过滤后进入用水点，保障水质稳定；浊环水系统可采用旁滤模式，旁滤率取循环总水量的 5%~10%，通过连续循环净化逐步降低全系统悬浮物浓度，改造成本更低、运行能耗更少。 设备选型时按系统额定流量的 1.1~1.2 倍预留安全余量，避免高峰负荷下滤速超标，保障过滤效果与设备寿命。

四、工程应用案例

（一）项目背景

河南安阳某钢铁厂 1780mm 热轧生产线，浊环冷却水系统总循环量 2400m³/h，原系统仅配置简易篮式过滤器，需人工定期拆解清理。运行核心痛点包括：一是氧化铁皮含量高，喷淋喷嘴平均每月堵塞 2~3 次，年更换喷嘴数量超 1200 个；二是浊环水换热器结垢严重，每半年需化学清洗一次，换热端差最高达 6.5℃，轧机冷却效率不足；三是人工清理工作量大，每月停机维护 4~6 次，影响生产线连续运行。

（二）改造方案

2025 年该厂实施循环水过滤系统升级，采用利菲尔特刷式自清洗过滤器 4 台，单台额定流量 300m³/h，总旁滤量 1200m³/h，旁滤率 5%；滤元选用 150μm 精度不锈钢楔形网，配套压差 + 定时双模式控制，压差阈值设定为 0.06MPa，定时清洗周期 12 小时。针对大颗粒氧化铁皮较多的问题，过滤器前端增设旋流除砂器，预先去除 0.5mm 以上的大粒径铁皮碎屑，减轻滤元负荷。

（三）运行效果

改造后连续运行 6 个月，各项指标显著改善，对比如下表所示。

表 2 项目改造前后运行指标对比

经测算，改造后年减少喷嘴更换、化学清洗、人工运维等成本合计约 86 万元，设备投资回收期约 11 个月。运行初期曾出现大颗粒铁皮偶发卡滞刷体的问题，技术团队通过优化旋流除砂器分级精度、将刷体升级为高耐磨不锈钢丝后，卡滞故障完全消除，设备运行稳定性进一步提升。

FAQ

1. 冶金循环水自清洗过滤器选楔形网还是编织网？ 答：优先选用楔形网滤元。冶金循环水中的氧化铁皮为硬质金属颗粒，编织网易出现颗粒卡塞缝隙、无法清洗脱落的问题；楔形网缝隙外窄内宽，杂质仅表面接触，刷式刮洗可轻松剥离，抗堵塞性能与使用寿命均显著优于编织网，更适配高硬质颗粒的冶金工况。

2. 自清洗过滤器可以完全解决结垢问题吗？ 答：不能。设备主要去除悬浮态氧化铁皮与固体颗粒，减少结垢晶核与沉积基底，可降低 50% 以上的复合结垢速率；但水中溶解态钙镁离子导致的化学结垢，仍需配套缓蚀阻垢剂、电磁阻垢等水质稳定措施，过滤与水质稳定协同作用可实现最优的结垢防控效果。

3. 清洗过程会不会造成循环水系统压力波动？ 答：不会。刷式自清洗过滤器清洗时仅开启小口径排污阀，主流体通道始终保持导通，系统流量波动≤5%，压力变化可忽略，不会对轧机、连铸机的冷却供水造成冲击，完全适配连续生产工况。

4. 高浓度氧化铁皮水会不会很快损坏滤网？ 答：正常工况下楔形网滤元使用寿命可达 3~5 年。前端配套旋流除砂器去除大颗粒铁皮后，可进一步降低滤元磨损；定期检查刷丝磨损情况，及时更换刷体，可有效保护滤元，延长整体使用寿命。

5. 现有循环水管路可以直接加装自清洗过滤器吗？ 答：可以。设备为管道直连式结构，可直接串接在现有主管路或旁通管路上，无需大规模土建改造，施工周期短；只要管径、压力、流量参数匹配，即可快速完成升级，适合已投产生产线的节水提效改造。

参考文献

[1] 张万友，王军，刘畅。冶金循环冷却水系统结垢成因与防控技术进展 [J]. 工业水处理，2023, 43 (7): 1-7.

[2] 中国金属学会。钢铁工业循环冷却水系统运行技术导则 [R]. 北京：中国金属学会，2024.

[3] 新乡市利菲尔特滤器股份有限公司。刷式自清洗过滤器产品技术手册 [EB/OL]. https://www.lefilter.org, 2026.

[4] 新乡市利菲尔特滤器股份有限公司。某钢铁厂热轧循环水过滤系统改造项目案例 [EB/OL]. https://www.lefilter.org, 2026.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB/T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范 [S]. 北京：中国计划出版社，2017.