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用動(dòng)力分離器分離熱軋廢水中氧化鐵皮——優(yōu)化熱軋生產(chǎn)的探索與實(shí)踐

2021-01-28 16:26:00

  劉成 于洋 朱濤
 
  在熱軋工藝中,因?yàn)檠趸磻?yīng)的緣故,在加熱爐內(nèi)以及軋制機(jī)組和機(jī)架上的半成品表面會(huì)形成氧化鐵皮。除鱗水和冷卻水會(huì)沖洗掉鋼表面的氧化鐵皮,并將其沖入熱軋生產(chǎn)線下面的水槽內(nèi)。水?dāng)y帶著氧化鐵皮顆粒,高速流經(jīng)水槽注入開放的氧化鐵皮坑內(nèi),水在此處減速并變得平靜,氧化鐵皮顆粒在重力作用下沉積于坑底。
  由于軸承與液壓機(jī)內(nèi)潤滑油/油脂的泄漏和/或含油流體噴向精軋工作輥,廢水通常油性很大。廢水中的油易黏附并污染氧化鐵皮顆粒。尤其在氧化鐵皮坑中,氧化鐵皮顆粒下沉,油滴漂浮,逆流運(yùn)動(dòng)為油滴覆蓋氧化鐵皮顆粒提供了機(jī)會(huì)。另外,油會(huì)浮起并在氧化鐵皮坑內(nèi)的廢水表面上形成油斑。當(dāng)氧化鐵皮被回收并經(jīng)過油斑時(shí),會(huì)受到嚴(yán)重污染。
  熱軋廢水是氧化鐵皮、油和水的混合物。在煉鐵和煉鋼過程中,將這些成分徹底地相互分離,使其可以循環(huán)利用。清潔的氧化鐵皮在燒結(jié)礦生產(chǎn)中,可以替代鐵礦石和其他高成本鐵料;潔凈的水在熱軋工藝中可以替代河/湖水作為除鱗水、冷卻水或水槽補(bǔ)給水;清潔的油在煉鐵和煉鋼工藝中則可以替代外購的燃油。如果這些部分各自都能以較高的純度加以回收,便能保證它們的可回收性,并實(shí)現(xiàn)綠色零廢物的熱軋生產(chǎn)。
  最近,安塞樂米塔爾熱軋廠研究人員完成了在安塞樂米塔爾的熱軋機(jī)上使用連續(xù)動(dòng)力分離器,將氧化鐵皮從快速流動(dòng)的水槽廢水中進(jìn)行分離的工業(yè)試驗(yàn)。從粗軋機(jī)水槽內(nèi)將粗軋機(jī)廢水的一股支流(~1%)抽入旋風(fēng)式切向動(dòng)力分離器中。廢水中的氧化鐵皮顆粒沉降到分離器底部,而經(jīng)過處理的水上升到分離器的頂部。沉降下來的氧化鐵皮顆粒與水一起進(jìn)入分級機(jī),并通過螺旋輸送機(jī)被不斷抽取、脫水并排出。在試驗(yàn)期間,從各個(gè)位置采集氧化鐵皮樣品和水樣,以便隨后進(jìn)行分析。
 
  方 法
 
  熱軋機(jī)上的氧化鐵皮、水和油的原有回收操作:
 
  參與此次研究的熱軋機(jī)生產(chǎn)汽車用熱軋鋼卷。板坯在加熱爐內(nèi)再加熱,然后排出到軋機(jī)上。加熱后的板坯經(jīng)高壓水除鱗后,由粗軋機(jī)軋輥軋制。鋼材向前移動(dòng),經(jīng)過剪切和進(jìn)一步除鱗,最后由精軋機(jī)軋輥軋制成成品。
  在熱軋過程中,需用大量的冷卻水來冷卻鋼并保護(hù)軋制設(shè)備。冷卻水和除鱗水?dāng)y帶氧化鐵皮注入地下約8 m的水槽中。圖1是熱軋機(jī)上的廢水流處理示意圖。該熱軋機(jī)有兩個(gè)水槽,分別是粗軋水槽和精軋水槽。除鱗水和粗軋機(jī)冷卻水流入粗軋機(jī)水槽,而精軋機(jī)冷卻水則流入精軋機(jī)水槽。粗軋水槽內(nèi)的水首先進(jìn)入中心坑,然后繼續(xù)流向西坑。粗軋機(jī)水槽水中的氧化鐵皮顆粒沉降于中心坑和西坑內(nèi)。粗軋機(jī)的水被脫脂以便油脂回收利用后,又作為冷卻水的一部分直接循環(huán)回到軋機(jī)內(nèi)。精軋機(jī)的水流入東坑,氧化鐵皮顆粒沉積于此。精軋機(jī)廢水經(jīng)撇油回收后被抽入廢水處理廠,在此處與其他廢水合并處理。廢水處理廠生產(chǎn)出清潔的水、油和油性污泥。
  用安裝在行車上的抓斗回收坑內(nèi)沉積的氧化鐵皮,中心坑和東坑每周兩次,而西坑則每周一次。均勻地挖坑,并將氧化鐵皮置于堤上進(jìn)行脫水后再重新安置。

 
 
  相關(guān)研究與認(rèn)識(shí):
 
  早期對氧化鐵皮的研究著重于其油濃度。在研究期間,每當(dāng)挖坑時(shí),都會(huì)收集并分析氧化鐵皮的代表樣本。2010年的研究歷時(shí)約7個(gè)月,2011年的研究為期1個(gè)月左右。前者是為了了解問題所在,后者則是通過增加挖掘頻率來評估在氧化鐵皮質(zhì)量方面的影響。
  研究表明,氧化鐵皮的油濃度變化很大,并且可能受很多因素的影響。在許多情況下,氧化鐵皮的油濃度高于公司內(nèi)耗的閾值(0.15%)。另外,僅僅改善氧化鐵皮坑操作似乎對生產(chǎn)清潔的氧化鐵皮沒有什么效果。
  在工藝進(jìn)程中將氧化鐵皮從油內(nèi)分離是以先前推導(dǎo)的相關(guān)公式為基礎(chǔ)。
  在參與此次研究的熱軋?jiān)O(shè)備中,水槽水流動(dòng)很快,以至于氧化鐵皮顆粒在水槽中的總停留時(shí)間只有幾分鐘。但是,氧化鐵皮顆粒在氧化鐵皮坑中停留至少30h~40h。此外,與氧化鐵皮坑中緩慢流動(dòng)的廢水相比,水槽中的湍流廢水對氧化鐵皮顆粒的油濃度降低更為不利。因此,根據(jù)公式推斷,從水槽水中捕集的氧化鐵皮肯定比從氧化鐵皮坑內(nèi)回收的氧化鐵皮要清潔得多。
 
  試驗(yàn)裝置的布局:
 
  將切向動(dòng)力分離器放置在西坑附近的地面上,分離器的進(jìn)水口與軟管相連,該軟管與粗軋機(jī)水槽中部的古德溫(Godwin)潛水泵連接在一起。泵由柴油動(dòng)力裝置推動(dòng)的液壓油驅(qū)動(dòng),通過改變動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)進(jìn)水流速。在分離器的進(jìn)水管上安裝了一個(gè)捆綁式流量計(jì)。進(jìn)水管上有一個(gè)采樣閥以便采樣。來自分離器的廢水被排入西坑。
  一些帶有氧化鐵皮和油/油脂的粗軋機(jī)水槽廢水被抽入動(dòng)力分離器。廢水切向進(jìn)入分離器,氧化鐵皮顆粒因切向力和重力,從水和油中分離出來。分離出的氧化鐵皮顆粒沉積到分離器底部,與水一起流入分級室,并由分級機(jī)不斷去除。與此同時(shí),氧化鐵皮被脫水。
  粗軋水槽中的廢水流速約為6000m3/h,泵至動(dòng)力分離器的廢水支流約為60m3/h。因此,該試驗(yàn)對粗軋機(jī)水槽中的廢水流影響不大。
 
  取樣:
 
  每次試驗(yàn)持續(xù)不停進(jìn)行4h。每隔15min取一次流入廢水的樣品和處理后流出廢水的樣品。對于每個(gè)試驗(yàn),都會(huì)保存流入廢水、流出廢水和分離出的氧化鐵皮的復(fù)合樣品,以作預(yù)備和后續(xù)分析用。從堤上堆積的氧化鐵皮中取樣。從冷卻水噴嘴前的管中抽取0.189m3的循環(huán)水(西坑廢水)樣品。總共進(jìn)行了四次試驗(yàn),其中分離器氧化鐵皮是指通過動(dòng)力分離器從廢水中分離出的氧化鐵皮,而坑內(nèi)氧化鐵皮是指用抓斗從氧化鐵皮坑內(nèi)回收的氧化鐵皮。
 
  樣本處理:
 
  將水樣稱重并傾析。從水樣中分離出的懸浮固體被稱量并分析油和顆粒尺寸分布。根據(jù)樣品總重量和傾析的固體重量,計(jì)算出水樣中的懸浮固體濃度。分析氧化鐵皮樣品中的油和顆粒尺寸分布,對顆粒尺寸分布進(jìn)行篩分分析。根據(jù)入水和出水中的固體濃度,計(jì)算出分離率。
 
  結(jié)果與討論

  氧化鐵皮樣品中的油濃度:
 
  氧化鐵皮樣本中的油濃度結(jié)果表明,分離器氧化鐵皮中的油濃度隨分離器中廢水流量的增加而降低,一旦廢水流入量超過43m3/h左右,分離器氧化鐵皮中的油濃度便可忽略不計(jì)。
  分離器氧化鐵皮樣品的尺寸分布結(jié)果表明,在低流速下,水中的大顆粒更少。分離器氧化鐵皮樣品在較高流速下細(xì)粒更少的另一個(gè)原因,可能是因?yàn)橥A魰r(shí)間較短而降低了細(xì)小氧化鐵皮顆粒的分離率。
  氧化鐵皮樣品中<0.106mm部分的質(zhì)量百分比被用作氧化鐵皮樣品中細(xì)粒量的指標(biāo)。油濃度和細(xì)粒指標(biāo)之間有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。因此,在最小流速以上進(jìn)行分離器操作至關(guān)重要。如此,大的氧化鐵皮顆粒就不會(huì)沉積在管道內(nèi),而分離出來的氧化鐵皮也將變得干凈。
  分離器產(chǎn)生的氧化鐵皮比從坑內(nèi)回收的軋機(jī)氧化鐵皮更清潔。坑內(nèi)氧化鐵皮樣品中的油濃度與相應(yīng)的分離器氧化鐵皮樣品中的油濃度之比大于5。因此,試驗(yàn)證明,從快速流動(dòng)的水槽水中分離出氧化鐵皮便可生產(chǎn)出更清潔的氧化鐵皮。
 
  經(jīng)處理水內(nèi)的總懸浮固體濃度:
 
  處理過后的水,其樣品中總懸浮固體的濃度結(jié)果表明,與原有的循環(huán)水相比,經(jīng)分離器處理后的水更為潔凈,分離器流出廢水中的總懸浮固體比原有循環(huán)水少三分之二左右。分離器流出廢水之所以更加干凈,是因?yàn)榉蛛x器可以捕集更多的細(xì)小固體,而抓斗卻無法抓取非常細(xì)小的氧化鐵皮顆粒。常規(guī)的氧化鐵皮坑沉降——機(jī)械回收,不能有效地從水中分離出細(xì)小的氧化鐵皮顆粒。
 
  分離率:
 
  動(dòng)力分離器和坑(中心坑+西坑)之間的分離率結(jié)果表明,動(dòng)力分離器的分離率比中心坑和西坑的總和高出20%。
  此外,進(jìn)水的流速和固體濃度對分離率也有影響。較高的流速意味著停留時(shí)間較少,因此分離率更低。從直觀上來看,固體濃度較高時(shí),分離率也相應(yīng)更高。
 
  新技術(shù)帶來的益處:
 
  試驗(yàn)結(jié)果表明,在工藝進(jìn)程中將氧化鐵皮從水槽水中分離可生產(chǎn)出幾近無油的更清潔的氧化鐵皮以及更潔凈的循環(huán)水,該水中的懸浮固體濃度是原有循環(huán)水的三分之一。開發(fā)的這種新技術(shù)還可以帶來許多其他益處。
  首先,工藝內(nèi)分離的氧化鐵皮始終可回收利用?,F(xiàn)有氧化鐵皮再循環(huán)利用的主要障礙是氧化鐵皮中的油。就鐵礦石燒結(jié)中的氧化鐵皮回收而言,針對以使用鐵礦石作為高爐主要原料的綜合鋼鐵公司,氧化鐵皮的基準(zhǔn)油限值為0.5%。安塞樂米塔爾美國公司用于燒結(jié)的氧化鐵皮油限為0.15%,遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)極限。
  工藝內(nèi)分離氧化鐵皮可以滿足公司的油限標(biāo)準(zhǔn),而坑內(nèi)氧化鐵皮樣品大多超過了極限值。因此,通過實(shí)施工藝內(nèi)分離技術(shù),參與此次研究的工廠可以安全地回收所有氧化鐵皮,而不會(huì)出現(xiàn)排放違規(guī)、產(chǎn)品損壞和設(shè)備故障等問題。因無需公開回購高價(jià)鐵料,具有顯著的成本優(yōu)勢。
  其次,懸浮物較少且更為干凈的循環(huán)水能防止管道和噴嘴堵塞,這將減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本,并確保設(shè)備的高效性。
  第三,更清潔的氧化鐵皮意味水中將殘留更多的油。結(jié)果便是撇油器能從廢水中回收更多的油,而額外回收的油能替代更多的外購燃油。
  新技術(shù)在分離器氧化鐵皮上達(dá)到了86.45%的分離率和0.04%的油濃度。假設(shè)年產(chǎn)400萬噸的成品鋼卷,如果采用新技術(shù),每年可以多回收1200噸左右的油。
  第四,高效的分離說明可以生產(chǎn)出更多可回收的清潔氧化鐵皮,而且廢水處理廠產(chǎn)生的油性污泥也會(huì)更少。采用現(xiàn)有的操作實(shí)踐,氧化鐵皮總量中有41.55%變?yōu)橛托晕勰?,但采用新技術(shù)后,可降至13.55%。工藝中分離操作的優(yōu)化可能會(huì)進(jìn)一步降低油性污泥的產(chǎn)生率。因此,工藝內(nèi)分離技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近零廢物熱軋生產(chǎn)。
  最后,由于進(jìn)入廢水處理廠的固體和油較少,廢水處理成本得以顯著降低。
 
  結(jié) 語
 

使用動(dòng)力分離器從水槽廢水支流中分離氧化鐵皮的工業(yè)試驗(yàn),分離出的幾近無油的氧化鐵皮油濃度約為坑內(nèi)回收的氧化鐵皮五分之一。經(jīng)處理廢水中含有的懸浮物比坑內(nèi)廢水的少三分之二。就從廢水中分離氧化鐵皮的效率而言,新技術(shù)的效率要比在坑內(nèi)沉積并用抓斗回收氧化鐵皮的現(xiàn)有操作高出20%以上。運(yùn)用新技術(shù)將生產(chǎn)出更清潔的氧化鐵皮、更潔凈的循環(huán)水、回收更多廢油并大大減少油性氧化鐵皮污泥。除了用于鋼鐵生產(chǎn),該技術(shù)還可用于其他工業(yè)領(lǐng)域。 

來源:中國冶金報(bào)-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:楊珊山

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