La solución de acería nórdica reduce los costos de tratamiento de agua

El transporte de la cascarilla con agua para crear un circuito de reciclaje continuo reduce los costos al eliminar gran parte del manejo manual y permite la operación continua en menos espacio que las soluciones tradicionales. Los molinos del norte de Europa, como la planta de Outokumpu en Avesta, Suecia, han recurrido a Nordic Water en busca de soluciones basadas en deshidratadores de tornillo, separadores de láminas y filtros Dynasand.

En la actualidad, las estrictas normativas medioambientales exigen que las empresas del norte de Europa limpien el agua de proceso gastada antes de verterla en ríos y alcantarillas. Idealmente, toda el agua de proceso debería reciclarse en un circuito cerrado; en la práctica, necesita ser "desangrado" y tratado.

La cascarilla de laminación es gruesa, pesada y abrasiva
En la producción de acero, la molienda y la fundición en caliente utilizan agua a tasas de entre 100 metros cúbicos por hora y 10.000 metros cúbicos por hora, según la escala de la operación. A medida que el acero sale de las operaciones de fundición, el enfriamiento y el corte con agua producen escamas de laminación (óxidos de hierro). Las partículas de cascarilla varían desde unas pocas micras hasta el tamaño de un puño. También son pesados ​​y abrasivos. (Densidad 4.9 a 5.2 gramos por centímetro cúbico). Tradicionalmente, este material grueso se recoge en fosas para ser vaciado por grúas o raspacadenas. Enormes cuencas de sedimentación luego separan los finos y el aceite. Periódicamente, las baterías de filtros de arena lavados a contracorriente finalmente eliminan el material de tamaño micrométrico y el aceite residual.

Sin embargo, este enfoque tiene varias desventajas que aumentan los costos generales del tratamiento del agua y, por lo tanto, el costo de operación del molino. Primero, la operación requiere manipulación manual y no se puede automatizar. En segundo lugar, los lavabos y fosas requieren mucho espacio. En tercer lugar, los costos de mantenimiento son altos. Finalmente, al modernizar una planta existente para mejorar el tratamiento del agua, este enfoque requiere encontrar espacio adicional.

La recolección y el procesamiento presentan desafíos ambientales
La recolección de cascarilla puede ser particularmente problemática para el entorno de trabajo. Todavía a principios de la década de 1970, los trabajadores recogían la escala en cubos colocados sobre rieles y los movían a mano. Esta fue una tarea desagradable en condiciones de hacinamiento, ruidosas y polvorientas.

A medida que aumentan las demandas de las acerías para mejorar el entorno de trabajo, reducir los costos generales y cumplir con la legislación ambiental más restrictiva, varias fábricas han recurrido al especialista en tratamiento de agua Nordic Water. Con sede en Suecia, esta empresa ofrece productos avanzados de separación de sólidos y líquidos, así como soluciones llave en mano para el tratamiento de aguas de procesos industriales y aguas residuales.

Nuevos enfoques
Las nuevas tecnologías han sido pioneras en Nordic Water (antes Axel Johnson Engineering) y Metso Minerals (antes Sala International). Ovako Steel AB, parte del Grupo SKF en Hofors, Suecia, pidió a estas empresas que ayudaran a eliminar las incrustaciones en un flujo continuo de agua. Esto eliminó la necesidad de un pozo de escamas cerca de la producción principal y redujo el polvo mientras mejoraba el ambiente de trabajo. Sin embargo, era necesario transportar las incrustaciones y la lechada de agua.

Se diseñó una disposición de bomba y sumidero a nivel del piso para proporcionar los medios para transportar la lechada. Dos bombas semisumergibles (una de reserva) mueven el agua y la mezcla de sarro. Una canasta de desechos en la entrada atrapa la escala y los objetos extraños de más de 2,5 a 5 centímetros. El sumidero está diseñado para evitar la acumulación de paredes; es pequeño con paredes muy inclinadas con un área inferior aproximadamente el doble del ancho de la casa de bombas. Para resistir el desgaste, las mangueras de goma industriales conectan la línea de la bomba y la bomba, aunque se pueden usar tuberías de acero en secciones rectas.

El acero con alto contenido de cromo se utiliza en la cámara de bombas y el impulsor. A pesar de la dureza de la lechada, las piezas de desgaste duran más de un año, incluso en tareas de desbaste exigentes. En una escala más fina, las piezas de desgaste pueden durar más de 10 años.

Encontrar la bomba adecuada es fundamental
La elección de la bomba fue crucial y se identificaron los siguientes criterios:
• Eje y cojinetes rígidos para resistir el impacto de los objetos más pesados
• Insensible a la variación de flujo
• Insensible al bloqueo de aire
• Capacidad para funcionar en seco
• Capacidad para liberar los depósitos del sumidero con un impulsor inferior o con orificios de rociado de retorno.

Nordic Water eligió la bomba semisumergible tipo Metso VT para esta tarea. Toda la bomba se puede levantar para su inspección y no requiere agua de sellado.

Las bombas más grandes de este tipo manejan un flujo de 1500 metros cúbicos por hora (4400 galones por minuto) a presiones de hasta 3 bares (45 libras por pulgada cuadrada). Se puede utilizar una variante totalmente sumergible cuando la longitud del eje es insuficiente para la profundidad del sumidero.

Bombear la cascarilla lejos del punto donde cae elimina la necesidad de un pozo de cascarilla en el área de molienda y abre alternativas en la remoción de cascarilla.

Eliminación de incrustaciones gruesas de la lechada
Se presentan tres opciones para el tratamiento de lodos:un deshidratador de tornillo, un separador magnético y un ciclón. Las desventajas del ciclón incluyen la degradación del rendimiento debido al desgaste y que es menos tolerante a objetos extraños grandes. Además, el efluente requiere un procesamiento adicional. El separador magnético tiene una distancia de contacto corta entre el imán y la escala, lo que requiere separadores grandes (adecuados solo donde las economías de escala lo permiten) o da como resultado un mayor desgaste.

Deshidratador de tornillo preferido
La solución preferida de Nordic Water es un deshidratador de tornillo grande. Este es básicamente un tanque de sedimentación donde el material se asienta y un transportador de tornillo sin fin quita y deshidrata las incrustaciones sedimentadas. Aunque se ha utilizado durante muchos años en el tratamiento de minerales, su aplicación en acerías es bastante reciente.

También es posible el funcionamiento continuo durante el mantenimiento, ya que el tornillo se puede levantar para el servicio con el flujo de alimentación aún durante varias horas.

El tornillo elimina casi el 100 por ciento del material de cascarilla por encima de 100 micrones. La cascarilla deshidratada es un material que se seca por goteo con menos del 2 al 8 por ciento de humedad, dependiendo de la distribución del tamaño de las partículas.

Un guardabarros atrapa el aceite y otros materiales flotantes, que se eliminan con el desnatador de aceite suministrado con el deshidratador para eliminar los productos flotantes. El aceite todavía está presente en el desbordamiento, pero la calidad del agua es suficiente para ser reutilizada como transporte. Para enfriar, se necesita un tratamiento adicional.

El primer deshidratador de tornillo y también los primeros filtros DynaSand para incrustaciones se instalaron en Avesta (hoy Outokumpu Stainless) en 1980. Fue seguido rápidamente por instalaciones en Ovako Steel, Fundia, SSAB y más tarde en varias fábricas en Alemania. Austria y Francia.

“El uso del sistema Nordic Water / Metso ahorró un 35 por ciento en la inversión total en tratamiento de agua”, dijo el gerente de proyecto de Avesta, Nils Albertsson.

Un paquete de láminas de corriente cruzada montado en el deshidratador aumenta el área de la piscina para dar un área de sedimentación total (o el equivalente del pozo) de 100 metros cuadrados, lo que permite un flujo de alimentación de cerca de 2,000 metros cúbicos por hora (8,800 galones por minuto) en una unidad. Siete unidades de este tamaño operan en Voest Alpine en Linz, Austria.

El deshidratador de tornillo entrega concentraciones sólidas en el rango de 100 a 300 partes por millón. Esto es demasiado alto para alimentar los filtros estáticos en los sistemas tradicionales de efluentes de incrustaciones con una frecuencia de retrolavado aceptable, pero está dentro de la capacidad del filtro continuo Dynasand fabricado por Nordic Water.

Filtración continua con DynaSand
En el filtro DynaSand, la arena sucia se retira continuamente del lecho del filtro, se lava y se recicla sin interrumpir el proceso de filtración. El filtro DynaSand se basa en el principio de contraflujo. El agua a tratar ingresa a través del distribuidor de entrada en la parte inferior de la unidad y se limpia a medida que fluye hacia arriba a través del lecho de arena, antes de descargarse por la salida del filtrado en la parte superior. La arena que contiene las impurezas atrapadas se transporta desde la sección inferior ahusada de la unidad por medio de una bomba de aire al lavador de arena en la parte superior. La limpieza de la arena comienza en la propia bomba, en la que las partículas de suciedad se separan de los granos de arena por la acción de mezcla turbulenta. La arena contaminada se derrama desde la salida de la bomba al laberinto de lavado, en el que se lava con un pequeño flujo de agua limpia. Las impurezas se descargan a través de la salida del agua de lavado, mientras que los granos de arena limpia (que son más pesados) quedan retenidos en el lecho de arena. Como resultado, la cama está en constante movimiento hacia abajo a través de la unidad. Por lo tanto, la purificación del agua y el lavado de arena se llevan a cabo de forma continua, lo que permite que el filtro permanezca en servicio sin interrupciones.

Por lo tanto, el filtro funciona sin partes móviles, sin válvulas controladas y con una caída de presión baja, inferior a 0,1 bar (1,5 psi). El flujo de agua de enjuague opera entre el 5 y el 7 por ciento del flujo de alimentación. El agua filtrada contiene menos de 5 a 10 partes por millón de sólidos residuales y aceite, satisfaciendo la mayoría de las demandas de reciclaje o purga. Para fines de pulido, el filtro se puede operar con el apoyo de coagulantes, con una carga de alimentación más baja o con carbón activado como lecho filtrante, lo que producirá filtrados de casi cualquier pureza deseada.

La operación a escala de laminación permite una tasa de filtración de 25 metros por hora (10 galones por minuto por pie cuadrado) a través del lecho del filtro. Por lo tanto, la unidad de filtrado más grande, el DST 50 con un área de filtrado de 5 metros cuadrados (54 pies cuadrados), proporciona una capacidad de 123 m3 / h (550 gpm). Los filtros Dynasand se pueden organizar en un diseño de batería. Dieciséis filtros juntos servirán un flujo de 2,000 m3 / h (8,800 gpm), igualando la capacidad del deshidratador de tornillo modelo SD 60-200 de Metso Minerals.

El agua de enjuague de los filtros Dynasand normalmente se concentra en un espesante convencional que opera con una carga superficial de aproximadamente 2 metros por hora (0,8 galones por minuto por pie cuadrado). El desbordamiento del espesante se devuelve a las bombas de alimentación del filtro. El flujo inferior se descarga a través de un sistema de válvula de compuerta para permitir una alta concentración de sólidos de 45 a 65 por ciento de sólidos. Los polímeros deben usarse en este espesante pero no en otras partes del sistema de bombas, deshidratador de tornillo o filtros de arena. Los separadores de láminas se han utilizado con éxito para el mismo propósito en algunas instalaciones recientes.