Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Verringerung der Korrosion in Kühl- und Prozesswässern, bei denen es zu einem Eintrag von Säuren in das System kommen kann, z. B. in Stranggussanlagen der Stahlindustrie. In diesem Fall führt der von Fluoridabbrand des Gießpulvers herrührende Eintrag von Siliciumtetrafluorid und HF in den Spritzzonen zu einem Abfall des pH-Wertes im Spritzwasser und zur Korrosion von Anlagenteilen.
Nach dem Stand der Technik werden zur Anhebung des pH-Wertes in diesen Wässern starke Laugen, vor allem Natronlauge, in das Spritzwasser dosiert. Wegen der starken Schwankungen der Betriebsbedingungen kommt es jedoch häufig zu einer starken Erhöhung des pH-Wertes im Kühlwasser, so dass starke Ablagerungen von Calciumcarbonat im System die Folge sind.
Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein effektives Verfahren zur Verringerung der Korrosion zur Verfügung zu stellen, ohne die Nachteile der bekannten Verfahren aufzuweisen. Insbesondere sollte ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das hinsichtlich einer pH-Anhebung wenig kritisch ist, und gleichzeitig einen schnelle Anpassung an wechselnde Betriebsbedingungen erlaubt.
In der nicht vorveröffentlichten DE 100 64 412 A1 wird ein Verfahren zur Verhinderung der Abscheidung von Calciumfluorid in einem Kühl- oder Prozesswasser beschrieben, bei dem man dem Prozesswasser mindestens ein wasserlösliches Salz zugibt, das mindestens eines der folgenden Ionen enthält: Magnesiumkationen, Kationen dreiwertiger Metalle, Anionen von Oligo- oder Polyphosphat. Bevorzugte Kationen dreiwertiger Metalle sind hierbei Aluminium und Eisen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich zu der Dosierung des wasserlöslichen Salzes und ggf. eines Scale-Inhibitors dem Wasser eine Puffersubstanz zugegeben, um den Abfall des pH-Wertes durch den Eintrag von Fluorid in das Wasser zu vermeiden. Bevorzugt sind hierbei anorganische Puffer-Systeme, insbesondere Alkalicarbonat, Alkalihydrogencarbonat, Alkaliborat, Alkaliorthophosphat und Alkalipolyphosphat.
Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verringerung der Korrosivität von Kühl- oder Prozesswasser, bei dem es aufgrund eines Eintrags von Säuren zu einer Absenkung des pH-Werts kommt, wobei man zu dem Kühl- oder Prozesswasser mindestens ein wasserlösliches Salz mit puffernder Wirkung zudosiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühl- oder Prozesswasser entweder
Unter "wasserlöslich" wird hierbei verstanden, dass sich mindestens 1 g des Salzes bei 20 °C in 1 l Wasser lösen. Das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung setzt man vorzugsweise in Form einer wässrigen Lösung ein, da diese einfach über Dosierpumpen dosiert werden kann.
In der Praxis trifft man häufig Einrichtungen, bei denen das Kühl- oder Prozesswasser in einem Kreislauf geführt wird, der ein Reservoir, ein Leitungssystem und einen Arbeitsbereich umfasst, und der Eintrag von Säure im Arbeitsbereich erfolgt, wobei die Menge des Kühl- oder Prozesswassers im Reservoir und im Leitungssystem mindestens 5 mal so groß, vorzugsweise mindestens 10 mal so groß und insbesondere mindestens 20 mal so groß ist wie die Menge des Kühl- oder Prozesswassers im Arbeitsbereich. Das Verfahren ist für eine derartige Einrichtung besonders geeignet.
Das Verfahren kann jedoch auch in der Weise ausgeführt werden, daß das Kühl- oder Prozeßwasser in einem Durchlaufsystem geführt wird, das ein Leitungssystem und einen Arbeitsbereich umfaßt. In dieser Ausführungsform wird das Kühl- oder Prozeßwasser also nicht im Kreis geführt, sondern nach einmaligem Gebrauch abgeleitet.
Unter "Arbeitsbereich" wird dabei derjenige Bereich der Einrichtung verstanden, in dem das Kühl- oder Prozeßwasser seine technisch vorgesehene Wirkung entfaltet. Dies kann beispielsweise derjenige Bereich sein, in dem das Kühl- oder Prozeßwasser mit der Umgebungsluft oder mit anderen Substraten Wärme oder Stoffe austauscht. Beispielsweise kann es sich um eine Kühleinrichtung handeln, in der das Kühl- oder Prozeßwasser durch direkten oder indirekten Kontakt mit einem zu kühlenden Medium aus diesem Wärme aufnimmt. Ein Beispiel hierfür ist die Verdampfungszone eines Kühlturms. Es kann sich hierbei jedoch auch um einen Bereich handeln, in dem das Kühl- oder Prozeßwasser in Kontakt mit warmen Substratoberflächen gebracht wird, um diese zu kühlen. Dies ist beispielsweise bei Strangußanlagen der Stahlindustrie der Fall, wo das Kühl- oder Prozeßwasser auf abzukühlende Metalloberflächen aufgespritzt wird.
Im Arbeitsbereich kommt das Kühl- oder Prozeßwasser in der Regel nicht nur in Kontakt mit dem vorgesehenen Substrat, sondern auch mit der Umgebungsluft. Daher nimmt das Kühl- oder Prozeßwasser in diesem Bereich entweder direkt von der Substratoberfläche oder aus der Umgebungsluft Fremdstoffe auf. Diese können gasförmiger, fester oder flüssiger Natur sein. Durch diese Stoffaufnahme verändert sich die chemische Zusammensetzung des Kühl- oder Prozeßwassers. Im einleitend dargelegten Beispiel kommt es durch Eintrag sauer wirkender Substanzen zu einem Abfall des pH-Wertes im Kühl- oder Prozeßwasser. Hierdurch wird dessen Korrosivität gegenüber den Materialien der Einrichtung und ggf. auch gegenüber dem Substrat auf unerwünschte Weise erhöht.
Erfindungsgemäß wirkt man dem Abfall des pH-Wertes dadurch entgegen, daß man dem Kühl- oder Prozeßwasser ein wasserlösliches Salz mit puffernder Wirkung zudosiert. Zweckmäßigerweise erfolgt dies nicht im Reservoir selbst, sondern im oder kurz vor dem Arbeitsbereich. Daher ist es bevorzugt, daß man das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung in das Leitungssystem an einer Stelle zudosiert, die in Strömungsrichtung des Kühl- oder Prozeßwassers gesehen vor dem Arbeitsbereich liegt. Demnach ist es nicht erforderlich, durch Zugabe des Salzes mit puffernder Wirkung die chemische Zusammensetzung des gesamten Kühl- oder Prozeßwassers, dessen Hauptmenge sich im Reservoir befindet, zu ändern. Man ändert vielmehr nur die Zusammensetzung desjenigen Teils des Kühl- oder Prozeßwassers, der anschließend im Arbeitsbereich in einen Stoffaustausch mit der Umgebung tritt.
Im einfachsten Fall dosiert man das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung, basierend auf Erfahrungswerten, mengenproportional zu derjenigen Wassermenge, die den Arbeitsbereich durchfließt. Beispielsweise kann man pro m3 Kühl- oder Prozeßwasser, der den Arbeitsbereich durchfließt, eine durch Erfahrung ermittelte Menge an Salz mit puffernder Wirkung zudosieren. Demnach besteht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß man das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung in Abhängigkeit von der Menge an Kühl- oder Prozeßwasser zudosiert, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls den Arbeitsbereich durchfließt.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann man die Dosiermenge des Salzes mit puffernder Wirkung von dem aktuell ermittelten Bedarf abhängig machen. Dies kann für die gesamte Zugabe des Salzes mit puffernder Wirkung gelten. Man kann jedoch auch so verfahren, daß man eine Grundmenge an Salz mit puffernder Wirkung mengenproportional zudosiert und zusätzlich eine Feindosierung anhand des aktuell ermittelten Bedarfs durchführt. Für die Dosierung entsprechend dem aktuell ermittelten Bedarf geht man so vor, daß man kontinuierlich oder diskontinuierlich den Wert mindestens einer Leitgröße im Kühl- oder Prozeßwasser mißt und das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung in Abhängigkeit von dem Wert der Leitgröße zudosiert.
Dabei kann man prinzipiell auf 2 unterschiedliche Weisen verfahren: Man kann entweder eine obere oder eine untere Wertgrenze für die Leitgröße definieren und bei Unter- bzw. Überschreiten dieses Grenzwerts so lange wasserlösliches Salz zudosieren, bis der Grenzwert wieder über- bzw. unterschritten wird. Oder man legt einen Sollwert für die Leitgröße fest, bestimmt die Abweichung des gemessenen Wertes von diesem Sollwert und dosiert eine Menge an Salz mit puffernder Wirkung, die proportional ist zur Differenz zwischen dem Sollwert und dem aktuellen Wert der Leitgröße. Der Proportionalitätsfaktor hängt beispielsweise von dem Volumen des zu behandelnden Wasserstroms ab und kann aus diesem berechnet oder vorzugsweise experimentell ermittelt werden.
Zweckmäßigerweise mißt man den Wert der Leitgröße entweder im Arbeitsbereich selbst, in einer im Arbeitsbereich entnommenen Probe des Kühl- oder Prozeßwassers oder in demjenigen Teil des Leitungssystems, das sich in Fließrichtung des Kühl- oder Prozeßwassers hinter dem Arbeitsbereich befindet. Im Arbeitsbereich kann man dadurch eine Probe nehmen, daß man entweder einen Teil des Kühl- oder Prozeßwassers ableitet und nach Messung der Leitgröße verwirft oder wieder in den Arbeitsbereich oder in das Leitungssystem zurückführt.
Die Leitgröße kann beispielsweise ausgewählt sein aus dem pH-Wert, der Fluoridionen-Konzentration und der Säurekapazität des Kühl- oder Prozeßwassers.
Wählt man als Leitgröße den pH-Wert aus, so dosiert man das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung dann zu, wenn der pH-Wert einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Dieser je nach Materialeigenschaften der Einrichtung und/oder des Substrats festzulegende Schwellenwert kann beispielsweise im Bereich von 4 bis 7, insbesondere von 5 bis 6 liegen. Man gibt also bei Unterschreiten des Schwellenwerts entweder so lange Salz mit puffernder Wirkung zu, bis der Schwellenwert wieder überschritten wird, oder man gibt eine Menge an Salz mit puffernder Wirkung zu, die von der Differenz zwischen Schwellenwert und tatsächlich gemessenem pH-Wert abhängt.
Für denjenigen Fall, daß in das Kühl- oder Prozeßwasser Säure als HF oder als eine fluorhaltige Verbindung eingetragen wird, die in Wasser HF bildet, kann man als Leitgröße die Fluoridionen-Konzentration auswählen. Wie einleitend erwähnt, ist dies beispielsweise bei Stranggußanlagen der Stahlindustrie der Fall. Der Säureeintrag ist dann proportional zur Erhöhung der Fluoridionen-Konzentration. In diesem Fall kann man das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung zudosieren, wenn die Fluoridionen-Konzentration einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, der beispielsweise im Bereich von 40 bis 300 mg/l, insbesondere im Bereich von 60 bis 200 mg/l liegen kann. In diesem Fall bietet sich insbesondere die Ausführungsform an, daß man die Abweichung der Fluoridionen-Konzentration von dem vorgegebenen Schwellenwert ermittelt und das Salz mit puffernder Wirkung in Abhängigkeit von der Höhe dieser Abweichung zudosiert.
In einer weiteren Ausführungsform wählt man als Leitgröße die Säurekapazität des Kühl-oder Prozeßwassers aus. Diese ist definiert durch diejenige Menge (in Millimol) an starker einbasischer Säure, die man zu einem Liter des Wassers zugeben muß, um dessen pH-Wert auf 4,3 abzusenken. Sie wird ausgedrückt in Millimol Säurezugabe pro Liter Wasser. Man dosiert das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung zu, wenn die Säurekapazität einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Dieser kann beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 1 Millimol/l, insbesondere von 0,3 bis 0,7 Millimol/l liegen. Auch hierbei kann man entweder so lange Salz mit puffernder Wirkung zugeben, bis die Säurekapazität den Schwellenwert wieder überschreitet. Oder man bestimmt die Abweichung der tatsächlichen Säurekapazität vom Schwellenwert und gibt eine Menge an Salz mit puffernder Wirkung zu, die zu der Abweichung proportional ist. Der Proportionalitätsfaktor wird vorzugsweise wieder empirisch bestimmt.
Als Salz mit puffernder Wirkung kann man jedes beliebige wasserlösliche (gemäß Definition weiter oben) Salz auswählen, von dem bekannt ist, das es eine puffernde Wirkung hat. Beispielsweise kann das wasserlösliche Salz mit puffernder Wirkung ausgewählt sein aus Hydrogencarbonaten, Carbonaten, Boraten, Ortho- und Polyphosphaten. Vorzugsweise wählt man solche Salze, die ausgewählt sind aus Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumsalzen, aus Kosten- und Umweltgründen vorzugsweise aus Natriumsalzen. Demgemäß sind als Salze mit puffernder Wirkung insbesondere Alkali-oder Ammoniumsalze, speziell die Natriumsalze, mit Hydrogencarbonat-, Carbonat-, Borat-, Ortho- oder Polyphosphationen bevorzugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Verringerung der Korrosivität von Kühl- oder Prozeßwasser von Stranggußanlagen der Stahlindustrie geeignet.
Beim Eintrag von Fluoridionen in Kühl- oder Prozeßwasser, wie es insbesondere in dem genannten Anwendungsfall in der Stahlindustrie vorkommt, kann es neben den Korrosionserscheinungen auch zu einer Abscheidung von Calciumfluorid kommen. Dies ist unerwünscht, da hierdurch Leitungen, Ventile und Düsen verstopft werden können. Aus der DE 100 64 412 ist ein Verfahren zur Verhinderung der Abscheidung von Calciumfluorid in Kühl- oder Prozeßwasser bekannt. Dieses bekannte Verfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verringerung der Korrosivität kombiniert werden. Demnach besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, daß man zusätzlich die Abscheidung von Calciumfluorid in dem Kühl- oder Prozesswasser verhindert, indem man dem Kühl- oder Prozesswasser zusätzlich mindestens ein weiteres wasserlösliches Salz zugibt, das mindestens eines der folgenden Ionen enthält: Magnesiumkationen, Kationen dreiwertiger Metalle, Anionen von Oligo- oder Polyphosphat. Insbesondere gibt man ein wasserlösliches Salz mit Magnesiumkationen zu. Nähere Angaben zu speziellen Ausführungsformen und bevorzugten Zugabemengen sind der genannten DE 100 64 412 zu entnehmen, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Es versteht sich von selbst, daß man dem Kühl- oder Prozeßwasser weitere Additive zugeben kann, die für dieses Einsatzgebiet bekannt sind. Beispiele hierfür sind Scale-Inhibitoren, Korrosionsinhibitoren und Dispergatoren. Beispiele derartiger Additive sind Polymere oder Copolymere von ungesättigten Carbonsäuren wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure, die zusätzlich Phosphon- oder Phosphinsäuregruppen tragen können. Weiterhin sind Polyaminosäuren wie beispielsweise Polyasparaginsäure bekannt. Weiterhin sind für diesen Zweck nicht polymere, zur Bildung von Chelatkomplexen befähigte Moleküle bzw. Ionen wie beispielsweise Aminoalkylenphosphonsäuren, Phosphonocarbonsäuren, geminale Diphosphonsäuren bekannt. Ausgewählte Beispiele sind in der bereits genannten DE 100 64 412 enthalten.
Der pH-Wert wird im Spritzwasser einer Strangussanlage kontinuierlich mittels einer pH-Elektrode gemessen, und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes wird die Dosierpumpe für die wasserlöslichen, puffernden Salze gestartet. Bei Überschreitung des Schwellwertes wird die Dosierung wieder gestoppt. Der Schwellenwert liegt hier üblicherweise im pH-Bereich zwischen 4 und 7, bevorzugt im pH-Bereich von 5 bis 6.