近年來，由于感應熱處理具有節能、優質、高效、低成本，易于機械化、自動化等優點，感應熱處理技術在熱處理行業中得到快速的發展及應用。熱處理技術人員在感應熱處理工藝及設備的自動化程度進行大量的研究，取得了很多成果。但對感應熱處理設備的冷卻水污垢問題的相關報告較少，對冷卻水結垢問題重視不夠，造成感應熱處理日常管理中出現設備不穩定、故障率高等問題，從而帶來產品熱處理質量的不穩定。根據我們多年使用感應熱處理設備情況來看，感應熱處理電源冷卻水結垢問題是影響感應熱處理產品質量穩定的一個重要因素，應引起我們足夠的重視。
1.水垢對感應熱處理設備影響
循環冷卻水系統中一旦有水垢形成，它會給系統帶來如下危害：影響熱交換器傳熱，增加系統內水流阻力，加劇系統設備腐蝕過程，增加設備停機清洗次數等。
水垢產生部位主要在感應電源電器元件的冷卻的內壁、變壓器冷卻銅管的內壁，感應器銅管的內壁等，如圖1、圖2、圖3所示。水垢得產生直接降低電源冷卻效果，使電器元件的壽命降低，同時造成電源有效輸出功率的降低。
圖1 管路結垢
圖2 感應器結垢
圖3 電源可控硅冷卻水套水垢
2.水垢的特點及成因
水垢又稱硬垢或無機垢，為冷卻水中的難溶或微溶鹽在循環水運行條件惡化時所形成的垢。常見的水垢有碳酸鈣、磷酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂、硅酸鈣、氧化鐵等，其中以碳酸鈣為主要成分的碳酸鹽垢比較常見。
目前認為水垢形成過程大致有以下六個方面：
（1）結晶作用
水垢的形成主要是微常溶鹽類的結晶作用，如下反應所示：
Ca（HCO3）2→CaCO3+CO2+H2O
Mg（HCO3）2→MgCO3+CO2+H2O
MgCO3+H2O→Mg（OH）2+CO2
3Ca2++2PO43-→Ca3（PO4）2
其結晶核心可以是管道粗糙不平處，也可以是水中的懸浮物。
（2）沉降作用
水中原有的懸浮粒子和已形成的結晶體，依靠重力沉降在金屬設備的表面處，而這種沉降產生的污垢在在停滯區比流動區嚴重得多。這也是為什么我們在生產現場經常發現冷卻水流速減慢后，加速發生冷卻水路的堵塞的主要原因，也是在電源冷卻水系統設計時，水泵的揚程選擇大一些，流速較快的原因。
（3）化合和聚合作用
當循環水中含有油污和烴類有機物時，它們會增加污泥的內聚力和黏結力，從而加速污泥的長大和在金屬表面上附著。電源冷卻水采用閉式冷卻系統優于開式冷卻水系統的原因。
（4）微生物生長作用
微生物除了產生微生物黏泥處，微生物本身又是懸浮物質結晶核心，它的繁殖將會增加污垢沉積。
（5）腐蝕作用
腐蝕產生的腐蝕產物，是污泥組成的一部分，另外腐蝕作用又會使金屬表面粗糙，有利用于結垢和沉降作用。
（6）烘烤作用
若污垢受到高溫烘烤，會使黏泥變得堅硬而難以清除。
上述的六個作用過程，既獨立又彼此相互影響，在這些作用過程中，結晶和沉降是污垢沉積的主要過程。
3.冷卻水系統的防垢
在工業生產中，碳酸鹽垢的防止方法目前有兩類：
（1）外部處理，即在補充水進入冷卻水系統之前，就將其結垢物質去除或降低，如石灰沉淀法，鈉型陽離子交換法等。鈉型陽離子交換樹脂上的鈉離子與補充水中的鈣離子進行離子交換。結果是水中的鈣離子與樹脂結合，而樹脂上的鈉離子則進入水中。其反應式為：
R（SO3Na）2+Ca（HCO3）2—R（SO3）2Ca+2NaHCO3（軟化反應)
軟化后的軟水不含或僅含少量的鈣離子，得到的軟化水進入冷卻水循環系統后，水中的鈣硬度仍很低，因此整個冷卻水系統不易結垢。即外部處理的冷卻水，加入到電源冷卻系統中進行循環使用，水質定期進行檢測。此方法在感應熱處理冷卻水系統中得到廣泛的應用。
（2）內部處理，即向循環冷卻水中加一些藥品，使水中的結垢物質轉化為不結垢物質，或者使水中的結垢物質變形、分散、穩定在水中，如加酸法，加水質穩定劑法等。阻垢劑法：在循環冷卻水中，加入少量的化學藥劑，就可以將其極限碳酸鹽硬度提高，起到防止結垢的作用，這種藥劑稱為阻垢劑。內部處理由于需要加入一些藥品，可能帶來水質的污染,在熱處理感應熱處理系統中還較少應用。
4.結語
對于感應熱處理冷卻系統來說，為了保證冷卻系統不結垢或少結垢，在感應熱處理水冷系統設計及日常管理中應注意以下幾點：
（1）電源冷卻水采用軟化水，是保證水不結垢或少結垢的前提，同時定期對軟化水的硬度進行檢測。
（2）電源冷卻水采用閉式循環系統要優于開式冷卻系統。閉式冷卻系統可有效的減少外來微生物、灰塵及其他污染物的進入。減輕水結垢的化合和聚合作用。
（3）在冷卻系統中，水泵的選用應當選用揚程偏大的水泵，增大管路中的水流速，減少水垢的沉降作用。
（4）在電源冷卻系統中，管路采用不銹鋼管，銅管或增強的塑料管，避免采用鍍鋅鋼管。
（5）在冷卻系統中，水溫的控制是重點，因此在冷卻系統中需要進行水溫監控，溫度超溫時進行報警，一般情況下水溫不宜高于35℃。
（6）每年定期對電源冷卻系統進行清理與檢測，也是保證冷卻系統穩定的必要條件。如板換的定期清理，塑料軟管的老化更換，水溫、壓力監視儀表的檢測等。
本文摘錄于《金屬加工（熱加工）》
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