Solución de acería nórdica reduce costos de tratamiento de agua 35 % con sistemas innovadores de deshidratación y filtración

Al transportar escamas de laminación junto con agua, las acerías establecen un bucle de reciclaje continuo que reduce costos laborales, reduce huella y soporta operación ininterrumpida.

Los molinos del norte de Europa —incluyendo la instalación de Outokumpu en Avesta, Suecia— han adoptado las soluciones de Nordic Water, que incluyen deshidratadores de tornillo, separadores de láminas y filtros DynaSand.

Las regulaciones ambientales actuales exigen que los molinos de acero del norte de Europa limpien y traten agua de proceso antes del vertido. Si bien un sistema de circuito cerrado es ideal, las operaciones prácticas aún requieren purga y tratamiento.

La escama de laminación es gruesa, pesada y abrasiva
En producción de acero, laminado en caliente y colada usan agua a tasas que van de 100 metros cúbicos por hora a 10.000 metros cúbicos por hora, dependiendo del tamaño de la planta. A medida que el acero sale de las operaciones de colada, el enfriamiento y corte con agua produce escama de laminación —óxidos de hierro cuyas partículas van desde pocos micrones hasta tamaño de puño. Son densas (4,9-5,2 g cm⁻³) y abrasivas.

Tradicionalmente, este material grueso se recolecta en fosos, vaciado por grúas o raspadores de cadena, y procesado en grandes cuencas de decantación que separan finos y aceite. Filtros de arena lavados a contracorriente periódicos luego remueven material de tamaño micrónico y aceite residual. El enfoque es intensivo en mano de obra, consume espacio y requiere mucho mantenimiento, haciendo retrofits costosos.

La recolección y procesamiento presentan desafíos ambientales
Históricamente, trabajadores transportaban manualmente escama de laminación en cubos sobre rieles, una tarea peligrosa en entornos estrechos y polvorientos. Los molinos modernos deben mejorar seguridad, reducir costos y cumplir leyes ambientales más estrictas, impulsando el cambio a soluciones automatizadas.

Nuevos enfoques
Nordic Water (anteriormente Axel Johnson Engineering) y Metso Minerals (anteriormente Sala International) pionearon un sistema de flujo continuo que elimina la necesidad de un foso de escama adyacente al área principal de producción. Esto reduce polvo, mejora condiciones de trabajo y libera valioso espacio en planta.

Para transportar la suspensión, se diseñó un conjunto de bomba y pozo a nivel de piso. Dos bombas semi-sumergibles —una en espera— mueven la mezcla agua-escama. Una cesta de desechos en la entrada atrapa objetos extraños entre 2,5 cm y 5 cm. El pozo tiene paredes empinadas y perfil bajo para prevenir acumulación. Mangueras de goma industrial protegen la línea de bomba, mientras secciones rectas pueden usar tubería de acero.

Acero de aleación alto cromo construye la casa de bomba e impulsor. A pesar de la suspensión abrasiva, las piezas de desgaste duran más de un año en tareas de desbaste pesado y más de una década en escama más fina.

Encontrar la bomba correcta es crítico
Criterios clave de selección incluyeron eje y rodamientos rígidos para absorber choque, insensibilidad a variación de flujo, tolerancia a bloqueo de aire, capacidad de marcha en seco, e impulsor inferior que pueda liberar depósitos del pozo.

Nordic Water eligió la bomba semi-sumergible VT de Metso. La unidad es totalmente elevable para inspección y no requiere agua de sellado. Los modelos más grandes manejan 1.500 m³ h⁻¹ (4.400 gpm) a hasta 3 bar (45 psi). Una variante totalmente sumergible está disponible para pozos someros.

Al bombear escama lejos del punto de caída, el sistema elimina la necesidad de un foso en área de laminación y desbloquea estrategias alternativas de remoción de escama.

Removiendo escama gruesa de la suspensión
Tres opciones principales existen: deshidratadores de tornillo, separadores magnéticos y ciclones. Los ciclones sufren pérdida de rendimiento por desgaste y son menos tolerantes a objetos extraños grandes, requiriendo tratamiento adicional aguas abajo. Los separadores magnéticos necesitan ya sea unidades grandes (inadecuadas para muchos sitios) o sufren desgaste aumentado debido a distancias de contacto cortas.

Deshidratador de tornillo es preferido
La solución preferida de Nordic Water es un gran deshidratador de tornillo —un tanque de decantación acoplado con un transportador de tornillo que deshidrata material decantado. Aunque común en procesamiento mineral, su uso en acerías es relativamente nuevo.

El diseño permite operación continua durante mantenimiento: el tornillo puede levantarse mientras la alimentación continúa por varias horas.

El tornillo remueve casi 100 % de partículas arriba de 100 µm. La escama deshidratada emerge como material goteo-seco con 2-8 % humedad, dependiendo de distribución de tamaño de partícula.

Una guarda de lodo atrapa aceite y otros materiales flotantes; un desaceitador remueve el aceite. Si bien algo de aceite permanece en el desbordamiento, la calidad del agua es adecuada para reuso como agua de transporte. Tratamiento específico de enfriamiento puede requerirse después.

El primer deshidratador de tornillo —y el primer filtro DynaSand— para escama se instaló en Avesta (ahora Outokumpu Stainless) en 1980, seguido por Ovako Steel, Fundia, SSAB, y varios molinos en Alemania, Austria y Francia.

«El sistema Nordic Water/Metso ahorró 35 % en inversión global de 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 decantación a 100 m², soportando un flujo de alimentación de casi 2.000 m³ h⁻¹ (8.800 gpm) en una sola unidad. Voest Alpine en Linz, Austria, opera siete tales unidades.

El deshidratador de tornillo entrega concentraciones de sólidos de 100-300 ppm, demasiado alto para filtros estáticos convencionales pero bien dentro de la capacidad del filtro continuo DynaSand de Nordic Water.

Filtración continua con DynaSand
El filtro DynaSand emplea un principio de contraflujo: el agua entra en el distribuidor inferior, viaja hacia arriba a través de una cama de arena, y sale en la parte superior. Una bomba de elevación por aire extrae arena sucia del fondo, la lava en un pequeño chorro de agua limpia, y devuelve arena limpia a la cama, manteniendo el filtro operacional sin interrupción.

Ventajas clave incluyen sin partes móviles, caída de presión despreciable (<0,1 bar), y flujo de agua de enjuague de solo 5-7 % de la alimentación. El filtrado contiene <5-10 ppm sólidos residuales y aceite, cumpliendo la mayoría de requisitos de reciclaje o purga. Para pulido, coagulantes, cargas de alimentación más bajas, o camas de carbón activado pueden usarse para lograr mayor pureza.

Con escama de laminación, las tasas de filtración alcanzan 25 m h⁻¹ (10 gpm ft⁻²) a través de la cama de arena. La unidad más grande, DST 50, tiene un área de 5 m² (54 ft²) y procesa 123 m³ h⁻¹ (550 gpm). Los filtros pueden arreglarse en batería; dieciséis unidades manejan 2.000 m³ h⁻¹ (8.800 gpm), igualando la capacidad del deshidratador de tornillo SD 60-200 de Metso.

El agua de enjuague de DynaSand usualmente se envía a un espesador convencional operando a 2 m h⁻¹ (0,8 gpm ft⁻²). El desbordamiento del espesador retorna a las bombas de alimentación del filtro; el subflujo, descargado vía válvula de compuerta, alcanza 45-65 % sólidos. Polímeros se usan solo en el espesador, no en bombas, deshidratadores de tornillo, o filtros de arena. Separadores de láminas han realizado exitosamente la misma función en instalaciones recientes.