Nordisches Stahlwerk senkt Wasserbehandlungskosten um 35 % mit innovativen Entwässerungs- & Filtrationssystemen

Durch das Transportieren von Walzzunder zusammen mit Wasser etablieren Stahlwerke einen kontinuierlichen Recyclingkreislauf, der Arbeitskosten senkt, Footprint reduziert und Nonstop-Betrieb unterstützt.

Nordeuropäische Werke – einschließlich Outokumpus Avesta, Schweden Anlage – haben Nordic Waters Lösungen adoptiert,featuring Schneckenentwässerer, Lamellenabscheider und DynaSand Filter.

Aktuelle Umweltvorschriften verlangen, dass nordeuropäische Stahlwerke Prozesswasser vor Einleitung reinigen und behandeln. Während ein Closed-Loop-System ideal ist, erfordern praktische Operationen weiterhin Bluten und Behandlung.

Walzzunder ist grob, schwer und abrasiv
In der Stahlproduktion nutzen Warmwalzen und Gießen Wasser mit Raten von 100 Kubikmetern pro Stunde bis 10.000 Kubikmetern pro Stunde, abhängig von Werkgröße. Wenn Stahl die Gießoperationen verlässt, erzeugt Kühlung und Schneiden mit Wasser Walzzunder – Eisenoxide, deren Partikel von wenigen Mikron bis faustgroß reichen. Sie sind dicht (4,9–5,2 g cm⁻³) und abrasiv.

Traditionell wird dieses grobe Material in Gruben gesammelt, von Kränen oder Kettenkratzern geleert und in großen Absetzbecken verarbeitet, die Feinanteile und Öl trennen. Periodisch rückgespülte Sandfilter entfernen dann das mikrongroße Material und Restöl. Der Ansatz ist arbeitsintensiv, platzverbrauchend und wartungsintensiv, was Retrofits kostspielig macht.

Sammlung und Verarbeitung präsentieren Umwelt-Herausforderungen
Historisch transportierten Arbeiter Walzzunder manuell in Eimern auf Schienen, eine gefährliche Aufgabe in beengten, staubigen Umgebungen. Moderne Werke müssen Sicherheit verbessern, Kosten senken und strengere Umweltgesetze erfüllen, was den Shift zu automatisierten Lösungen antreibt.

Neue Ansätze
Nordic Water (ehemals Axel Johnson Engineering) und Metso Minerals (ehemals Sala International) pionierten ein Continuous-Flow-System, das die Notwendigkeit einer Zundergrube angrenzend zum Hauptproduktionsbereich eliminiert. Dies reduziert Staub, verbessert Arbeitsbedingungen und befreit wertvollen Werksraum.

Um die Suspension zu transportieren, wurde eine bodenständige Pumpen- und Sumpf-Anlage entworfen. Zwei halbuntergetauchte Pumpen – eine im Standby – bewegen das Wasser-Zunder-Gemisch. Ein Schrottkorb am Einlauf fängt Fremdkörper zwischen 2,5 cm und 5 cm. Der Sumpf hat steile Wände und ein niedriges Profil, um Anreicherung zu verhindern. Industrie-Gummschläuche schützen die Pumpenleitung, während geradlinige Abschnitte Stahlrohre nutzen können.

Hochchrom-Legierungsstahl konstruiert das Pumpenhaus und das Laufrad. Trotz der abrasiven Suspension halten Verschleißteile über ein Jahr bei schweren Grobaufgaben und mehr als ein Jahrzehnt bei feinerem Zunder.

Die richtige Pumpe finden ist kritisch
Wichtige Selektionskriterien umfassten eine starre Welle und Lager zur Stoßabsorption, Flussvariations-Unempfindlichkeit, Luftblockade-Toleranz, Trockenlauf-Fähigkeit und ein Bodenlaufrad, das Sumpfablagerungen freigeben kann.

Nordic Water wählte Metso's VT halbuntergetauchte Pumpe. Die Einheit ist vollständig anhebbar für Inspektion und erfordert kein Dichtwasser. Die größten Modelle handhaben 1.500 m³/h (4.400 gpm) bei bis zu 3 bar (45 psi). Eine volluntergetauchte Variante ist für flache Sumps verfügbar.

Indem Zunder vom Fallpunkt weggepumpt wird, eliminiert das System die Notwendigkeit einer Walzbereichsgrube und erschließt alternative Zunderentfernungsstrategien.

Groben Zunder aus der Suspension entfernen
Drei Hauptoptionen existieren: Schneckenentwässerer, Magnetabscheider und Zyklone. Zyklone leiden unter verschleißinduziertem Performance-Verlust und sind weniger tolerant gegenüber großen Fremdkörpern, was zusätzliche nachgelagerte Behandlung erfordert. Magnetabscheider benötigen entweder große Einheiten (für viele Standorte ungeeignet) oder leiden unter erhöhtem Verschleiß durch kurze Kontaktwege.

Schneckenentwässerer wird bevorzugt
Nordic Waters bevorzugte Lösung ist ein großer Schneckenentwässerer – ein Absetzbecken gekoppelt mit einer Schneckenförderer, der abgesetztes Material entwässert. Zwar gängig in der Mineralverarbeitung, ist sein Einsatz in Stahlwerken relativ neu.

Das Design erlaubt kontinuierlichen Betrieb während Wartung: Die Schnecke kann angehoben werden, während der Zulauf für mehrere Stunden weiterläuft.

Die Schnecke entfernt fast 100 % der Partikel über 100 µm. Der entwässerte Zunder tritt als tropftrockenes Material mit 2–8 % Feuchtigkeit aus, abhängig von Partikelgrößenverteilung.

Ein Schlammschutz fängt Öl und andere schwimmende Materialien; ein Ölskimmer entfernt das Öl. Während etwas Öl im Überlauf verbleibt, ist die Wasserqualität geeignet für Wiederverwendung als Transportwasser. Kühlspezifische Behandlung kann danach erforderlich sein.

Der erste Schneckenentwässerer – und der erste DynaSand Filter – für Zunder wurde 1980 in Avesta (heute Outokumpu Stainless) installiert, gefolgt von Ovako Steel, Fundia, SSAB und mehreren Werken in Deutschland, Österreich und Frankreich.

„Das Nordic Water/Metso System sparte 35 % der gesamten Wasserbehandlungsinvestition“, sagte Avesta Projektmanager Nils Albertsson.

Ein Querstrom-Lamellenpaket, montiert im Entwässerer, erhöht die Absetzfläche auf 100 m², unterstützt einen Zulauf von fast 2.000 m³/h (8.800 gpm) in einer einzigen Einheit. Voest Alpine in Linz, Österreich, betreibt sieben solche Einheiten.

Der Schneckenentwässerer liefert Feststoffkonzentrationen von 100–300 ppm, zu hoch für konventionelle statische Filter, aber gut innerhalb der Kapazität von Nordic Waters DynaSand Dauerfilter.

Dauerfiltration mit DynaSand
Der DynaSand Filter nutzt ein Gegenstromprinzip: Wasser tritt in den unteren Verteiler ein, strömt aufwärts durch ein Sandbett und tritt oben aus. Eine Luftheberpumpe entnimmt verunreinigten Sand vom Boden, wäscht ihn in einem kleinen Reinwasserstrom und führt sauberen Sand zurück ins Bett, wodurch der Filter ohne Unterbrechung betriebsbereit bleibt.

Wesentliche Vorteile sind keine beweglichen Teile, vernachlässigbarer Druckabfall (<0,1 bar) und ein Spülwasserfluss von nur 5–7 % des Zulaufs. Das Filtrat enthält <5–10 ppm Restfeststoffe und Öl, was die meisten Recycling- oder Blutanforderungen erfüllt. Zum Polieren können Koagulanzien, niedrigere Zulaufslasten oder Aktivkohlebetten für höhere Reinheit genutzt werden.

Mit Walzzunder erreichen Filtrationsraten 25 m/h (10 gpm ft⁻²) durch das Sandbett. Die größte Einheit, DST 50, hat eine 5 m² (54 ft²) Fläche und verarbeitet 123 m³/h (550 gpm). Filter können in einer Batterie angeordnet werden; sechzehn Einheiten handhaben 2.000 m³/h (8.800 gpm), passend zur Kapazität von Metso's SD 60-200 Schneckenentwässerer.

Das Spülwasser vom DynaSand wird üblicherweise an einen konventionellen Eindicker gesendet, der bei 2 m/h (0,8 gpm ft⁻²) operiert. Der Überlauf des Eindickers kehrt zu den Filterzulaufpumpen zurück; der Unterlauf, abgegeben über ein Schieberventil, erreicht 45–65 % Feststoffe. Polymere werden nur im Eindicker verwendet, nicht in Pumpen, Schneckenentwässerern oder Sandfiltern. Lamellenabscheider haben in jüngeren Installationen dieselbe Funktion erfolgreich erfüllt.