Nordische Stahlwerkslösung senkt die Wasseraufbereitungskosten

Der Transport von Walzzunder mit Wasser, um einen kontinuierlichen Recyclingkreislauf zu schaffen, senkt die Kosten, da viel manuelle Handhabung entfällt und ein kontinuierlicher Betrieb auf weniger Platz als bei herkömmlichen Lösungen ermöglicht wird. Mühlen in Nordeuropa wie das Werk von Outokumpu in Avesta, Schweden, wenden sich an Nordic Water, wenn es um Lösungen auf Basis von Schneckenentwässerern, Lamellenabscheidern und Dynasand-Filtern geht.

Strenge Umweltvorschriften verlangen heute von Unternehmen in Nordeuropa, verbrauchtes Prozesswasser zu reinigen, bevor es in Flüsse und Kanalisation eingeleitet wird. Idealerweise sollte das gesamte Prozesswasser in einem geschlossenen Kreislauf recycelt werden; in der Praxis muss es „ausgeblutet“ und behandelt werden.

Mühlenzunder ist grob, schwer und abrasiv
Bei der Stahlherstellung wird beim Warmfräsen und Gießen Wasser je nach Umfang zwischen 100 Kubikmeter pro Stunde und 10.000 Kubikmeter pro Stunde verwendet. Wenn der Stahl den Gießbetrieb verlässt, entsteht durch Kühlen und Schneiden mit Wasser Walzzunder (Eisenoxide). Zunderpartikel reichen von wenigen Mikrometern bis zur Größe einer Faust. Sie sind auch schwer und abrasiv. (Dichte 4,9 bis 5,2 Gramm pro Kubikzentimeter). Traditionell wird dieses Grobgut in Gruben gesammelt und mit Kränen oder Kettenkratzern entleert. Riesige Absetzbecken trennen dann Feinstaub und Öl. In regelmäßigen Abständen entfernen rückgespülte Sandfilterbatterien schließlich das mikrometergroße Material und Restöl.

Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Nachteile, die die Gesamtkosten der Wasseraufbereitung und dadurch die Betriebskosten der Mühle erhöhen. Erstens erfordert der Vorgang eine manuelle Handhabung und kann nicht automatisiert werden. Zweitens benötigen Becken und Gruben viel Platz. Drittens sind die Wartungskosten hoch. Schließlich erfordert dieser Ansatz bei der Nachrüstung einer bestehenden Anlage zur Modernisierung der Wasseraufbereitung, zusätzlichen Platz zu finden.

Sammlung und Verarbeitung stellen Umweltherausforderungen dar
Das Sammeln von Walzzunder kann für die Arbeitsumgebung besonders lästig sein. Noch Anfang der 1970er Jahre sammelten Arbeiter Kalk in auf Schienen stehenden Kübeln und bewegten sie von Hand. Dies war in beengten, lauten und staubigen Umgebungen eine unangenehme Aufgabe.

Da die Anforderungen an Stahlwerke zur Verbesserung der Arbeitsumgebung, zur Senkung der Gesamtkosten und zur Einhaltung strengerer Umweltgesetze steigen, haben sich mehrere Werke an den Wasseraufbereitungsspezialisten Nordic Water gewandt. Dieses in Schweden ansässige Unternehmen bietet fortschrittliche Produkte zur Fest-Flüssig-Trennung sowie schlüsselfertige Lösungen für die industrielle Prozesswasser- und Abwasserbehandlung.

Neue Ansätze
Neue Technologien wurden von Nordic Water (früher Axel Johnson Engineering) und Metso Minerals (früher Sala International) entwickelt. Ovako Steel AB, Teil der SKF Gruppe in Hofors, Schweden, forderte diese Unternehmen auf, bei der Entfernung des Kesselsteins in einem kontinuierlichen Wasserfluss zu helfen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Kalkgrube in der Nähe der Hauptproduktion und reduziert die Staubentwicklung bei gleichzeitiger Verbesserung der Arbeitsumgebung. Der Zunder und die Wasseraufschlämmung mussten jedoch transportiert werden.

Für den Abtransport der Gülle wurde eine Pumpen- und Sumpfanordnung auf Bodenniveau entwickelt. Zwei Halbtauchpumpen (eine für Standby) bewegen das Wasser- und Kalkgemisch. Ein Schrottkorb am Einlass fängt Zunder und Fremdkörper mit einer Größe von 2,5 bis 5 Zentimetern auf. Der Sumpf ist so konzipiert, dass sich keine Wände aufbauen; es ist klein mit steil abfallenden Wänden mit einer Bodenfläche von etwa der doppelten Breite des Pumpenhauses. Um den Verschleiß zu vermeiden, verbinden industrielle Gummischläuche die Pumpenleitung und die Pumpe, obwohl auf geraden Abschnitten Stahlrohre verwendet werden können.

Im Pumpenhaus und Laufrad wird hochchromlegierter Stahl verwendet. Trotz der Härte der Gülle halten die Verschleißteile selbst bei harten Schrupparbeiten mehr als ein Jahr. Im feineren Maßstab können die Verschleißteile mehr als 10 Jahre halten.

Die richtige Pumpe zu finden ist entscheidend
Die Wahl der Pumpe war entscheidend und folgende Kriterien wurden identifiziert:
• Starre Welle und Lager, um den Stößen der schwersten Gegenstände standzuhalten
• Durchflussschwankung unempfindlich
• Unempfindlich gegen Luftblockierung
• Trockenlauffähigkeit
• Fähigkeit, Sumpfablagerungen mit einem unteren Laufrad oder Rücklaufspritzlöchern zu lösen.

Nordic Water hat sich für diese Aufgabe für die Halbtauchpumpe vom Typ Metso VT entschieden. Die gesamte Pumpe kann zur Inspektion angehoben werden und benötigt kein Sperrwasser.

Die größten Pumpen dieses Typs fördern einen Durchfluss von 1.500 Kubikmetern pro Stunde (4.400 Gallonen pro Minute) bei Drücken bis zu 3 bar (45 Pfund pro Quadratzoll). Wenn die Schachtlänge für die Tiefe des Sumpfes nicht ausreicht, kann eine voll tauchfähige Variante eingesetzt werden.

Das Abpumpen des Zunders vom Fallpunkt macht eine Zundergrube im Fräsbereich überflüssig und eröffnet Alternativen bei der Zunderentfernung.

Grobstein aus der Gülle entfernen
Für die Schlammbehandlung bieten sich drei Möglichkeiten an:Schneckenentwässerer, Magnetabscheider und Zyklon. Zu den Nachteilen des Zyklons gehören Leistungseinbußen aufgrund von Verschleiß und eine geringere Toleranz gegenüber großen Fremdkörpern. Darüber hinaus erfordert das Abwasser eine zusätzliche Aufbereitung. Der Magnetabscheider hat einen geringen Kontaktabstand zwischen Magnet und Maßstab, was entweder große Abscheider erfordert (nur geeignet, wenn Skaleneffekte zulassen) oder zu erhöhtem Verschleiß führt.

Schneckenentwässerer bevorzugt
Die bevorzugte Lösung von Nordic Water ist ein Entwässerer mit großen Schnecken. Dies ist im Grunde ein Absetzbecken, in dem sich das Material absetzt, und eine Förderschnecke entfernt und entwässert den abgesetzten Zunder. Obwohl es seit vielen Jahren in der Mineralbehandlung verwendet wird, ist die Anwendung in Stahlwerken relativ neu.

Ein kontinuierlicher Betrieb auch während der Wartung ist möglich, da die Schnecke für den Service angehoben werden kann, während der Förderstrom noch über mehrere Stunden läuft.

Die Schnecke entfernt fast 100 Prozent des Zundermaterials über 100 Mikrometer. Die entwässerte Zunder ist ein tropftrockenes Material mit weniger als 2 bis 8 Prozent Feuchtigkeit, je nach Partikelgrößenverteilung.

Ein Schmutzfänger fängt das Öl und andere schwimmende Materialien auf, die mit dem mit dem Entwässerer gelieferten Ölskimmer entfernt werden, um schwimmende Produkte zu entfernen. Im Überlauf ist noch Öl vorhanden, aber die Wasserqualität reicht aus, um als Transportmittel wiederverwendet zu werden. Zur Kühlung ist eine weitere Behandlung erforderlich.

Der erste Schneckenentwässerer und auch die ersten DynaSand-Filter für Zunder wurden 1980 bei Avesta (heute Outokumpu Stainless) installiert. Es folgten schnell Installationen bei Ovako Steel, Fundia, SSAB und später in einer Reihe von Werken in Deutschland. Österreich und Frankreich.

„Durch den Einsatz des Nordic Water/Metso-Systems wurden 35 Prozent der Gesamtinvestition in die Wasseraufbereitung eingespart“, sagte Avesta-Projektmanager Nils Albertsson.

Ein im Entwässerer montiertes Querstromlamellenpaket vergrößert die Beckenfläche auf eine Gesamtabsetzfläche (oder Grubenäquivalent) von 100 Quadratmetern, was einen Zufluss von fast 2.000 Kubikmetern pro Stunde (8.800 Gallonen pro Minute) in . ermöglicht eine Einheit. Sieben Einheiten dieser Größenordnung sind bei Voest Alpine in Linz, Österreich, im Einsatz.

Der Schneckenentwässerer liefert Feststoffkonzentrationen im Bereich von 100 bis 300 ppm. Dies ist zu hoch, um die statischen Filter in den traditionellen Abwassersystemen mit einer akzeptablen Rückspülfrequenz zu versorgen, aber es liegt innerhalb der Kapazität des Dynasand-Durchlauffilters, der von Nordic Water hergestellt wird.

Kontinuierliche Filtration mit DynaSand
Im DynaSand-Filter wird verschmutzter Sand kontinuierlich aus dem Filterbett entfernt, gewaschen und ohne Unterbrechung in den Filtrationsprozess zurückgeführt. Der DynaSand Filter basiert auf dem Gegenstromprinzip. Das zu behandelnde Wasser wird über den Zulaufverteiler im unteren Bereich der Anlage eingelassen und bei der Aufwärtsströmung durch das Sandbett gereinigt, bevor es über den Filtratablauf oben abgeführt wird. Der Sand mit den eingeschlossenen Verunreinigungen wird vom spitz zulaufenden unteren Teil der Anlage mittels einer Drucklufthebepumpe zum Sandwäscher nach oben gefördert. Die Reinigung des Sandes beginnt in der Pumpe selbst, in der durch die turbulente Mischwirkung Schmutzpartikel von den Sandkörnern getrennt werden. Der verunreinigte Sand gelangt aus dem Pumpenauslass in das Waschlabyrinth, in dem er mit einem kleinen Strom sauberen Wassers gewaschen wird. Die Verunreinigungen werden durch den Waschwasserablauf ausgetragen, während die sauberen Sandkörner (die schwerer sind) im Sandbett zurückgehalten werden. Dadurch befindet sich das Bett in ständiger Abwärtsbewegung durch das Gerät. Somit finden sowohl die Wasserreinigung als auch die Sandwäsche kontinuierlich statt, sodass der Filter ohne Unterbrechung in Betrieb bleiben kann.

Somit arbeitet der Filter ohne bewegliche Teile, ohne gesteuerte Ventile und mit einem geringen Druckabfall von weniger als 0,1 bar (1,5 psi). Der Spülwasserfluss arbeitet mit 5 bis 7 Prozent des Zufuhrflusses. Das gefilterte Wasser enthält weniger als 5 bis 10 ppm Restfeststoffe und Öl und erfüllt die meisten Anforderungen für Recycling oder Entlüftung. Zum Polieren kann der Filter mit Koagulanzienunterstützung, mit geringerer Beschickung oder mit Aktivkohle als Filterbett betrieben werden, wodurch Filtrate nahezu beliebiger Reinheit erzeugt werden.

Der Betrieb im Mühlenmaßstab ermöglicht eine Filtrationsrate von 25 Metern pro Stunde (10 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß) durch das Filterbett. So bietet die größte Filtereinheit, die DST 50 mit 5 Quadratmetern (54 Quadratfuß) Filterfläche, eine Leistung von 123 m3/h (550 gpm). Dynasand-Filter können in einem Batterie-Layout angeordnet werden. Sechzehn Filter zusammen werden einen Durchfluss von 2.000 m3/h (8.800 gpm) bereitstellen, was der Kapazität des Schneckenentwässerers Modell SD 60-200 von Metso Minerals entspricht.

Spülwasser aus den Dynasand-Filtern wird normalerweise in einem herkömmlichen Eindicker konzentriert, der mit einer Oberflächenbelastung von etwa 2 Metern pro Stunde (0,8 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß) arbeitet. Der Eindickerüberlauf wird zu den Filterspeisepumpen zurückgeführt. Der Unterlauf wird über ein Schleusenventilsystem abgeführt, um eine hohe Feststoffkonzentration von 45 bis 65 Prozent Feststoff zu ermöglichen. Polymere müssen in diesem Eindicker verwendet werden, jedoch in keinem anderen System von Pumpen, Schneckenentwässerern oder Sandfiltern. Lamellenabscheider wurden in einigen neueren Installationen für denselben Zweck erfolgreich eingesetzt.