Solução de Aciaria Nórdica Reduz Custos de Tratamento de Água em 35% com Sistemas Inovadores de Desaguamento e Filtração

Ao transportar carepa junto com água, aciarias estabelecem um ciclo contínuo de reciclagem que corta custos de mão de obra, reduz pegada e suporta operação ininterrupta.

Usinas do Norte Europeu — incluindo a instalação da Outokumpu em Avesta, Suécia — adotaram soluções da Nordic Water, apresentando desaguadores de rosca, separadores lamelares e filtros DynaSand.

Regulamentações ambientais atuais exigem que aciarias do Norte Europeu limpem e tratem água de processo antes da descarga. Embora um sistema de circuito fechado seja ideal, operações práticas ainda requerem sangria e tratamento.

A carepa é grossa, pesada e abrasiva
Na produção de aço, laminação a quente e fundição usam água em taxas variando de 100 metros cúbicos por hora a 10.000 metros cúbicos por hora, dependendo do tamanho da fábrica. À medida que o aço deixa as operações de fundição, resfriamento e corte com água produzem carepa — óxidos de ferro cujas partículas variam de alguns mícrons até tamanho de punho. São densas (4,9-5,2 g cm⁻³) e abrasivas.

Tradicionalmente, este material grosso é coletado em fossas, esvaziado por guindastes ou raspadores de corrente, e processado em grandes bacias de decantação que separam finos e óleo. Filtros de areia com retrolavagem periódica então removem material de tamanho de mícron e óleo residual. A abordagem é intensiva em mão de obra, consumidora de espaço e pesada em manutenção, tornando retrofits caros.

Coleta e processamento apresentam desafios ambientais
Historicamente, trabalhadores transportavam carepa manualmente em baldes sobre trilhos, uma tarefa perigosa em ambientes apertados e empoeirados. Usinas modernas devem melhorar segurança, cortar custos e atender leis ambientais mais estritas, impulsionando a mudança para soluções automatizadas.

Novas abordagens
A Nordic Water (anteriormente Axel Johnson Engineering) e a Metso Minerals (anteriormente Sala International) foram pioneiras em um sistema de fluxo contínuo que elimina a necessidade de uma fossa de carepa adjacente à área de produção principal. Isso reduz poeira, melhora condições de trabalho e libera espaço valioso da fábrica.

Para transportar a lama, um conjunto de bomba e poço de nível de piso foi projetado. Duas bombas semi-submersíveis — uma em standby — movem a mistura água-carepa. Uma cesta de sucata na entrada prende objetos estranhos entre 2,5 cm e 5 cm. O poço apresenta paredes íngremes e perfil baixo para prevenir acúmulo. Mangueiras de borracha industrial protegem a linha da bomba, enquanto seções retas podem usar tubulação de aço.

Aço de liga de alto cromo constrói a casa da bomba e o impulsor. Apesar da lama abrasiva, peças de desgaste duram mais de um ano em serviços pesados de desbaste e mais de uma década em carepa mais fina.

Encontrar a bomba certa é crítico
Critérios-chave de seleção incluíram eixo e mancais rígidos para absorver choque, insensibilidade a variação de vazão, tolerância a bloqueio de ar, capacidade de operação a seco, e impulsor de fundo que pode liberar depósitos do poço.

A Nordic Water escolheu a bomba semi-submersível VT da Metso. A unidade é totalmente elevável para inspeção e não requer água de vedação. Os maiores modelos lidam com 1.500 m³ h⁻¹ (4.400 gpm) a até 3 bar (45 psi). Uma variante totalmente submersível está disponível para poços rasos.

Ao bombear carepa para longe do ponto de queda, o sistema elimina a necessidade de uma fossa na área de laminação e desbloqueia estratégias alternativas de remoção de carepa.

Removendo carepa grossa da lama
Três opções principais existem: desaguadores de rosca, separadores magnéticos e ciclones. Ciclones sofrem com perda de desempenho induzida por desgaste e são menos tolerantes a grandes objetos estranhos, exigindo tratamento adicional downstream. Separadores magnéticos precisam de unidades grandes (inadequadas para muitos locais) ou sofrem desgaste aumentado devido a distâncias de contato curtas.

Desaguador de rosca é preferido
A solução preferida da Nordic Water é um grande desaguador de rosca — um tanque de decantação acoplado a um transportador de rosca que desagua material decantado. Embora comum no processamento mineral, seu uso em aciarias é relativamente novo.

O design permite operação contínua durante manutenção: a rosca pode ser elevada enquanto a alimentação continua por várias horas.

A rosca remove quase 100% de partículas acima de 100 µm. A carepa desaguada emerge como material gotejante-seco com 2-8% de umidade, dependendo da distribuição de tamanho de partícula.

Uma proteção de lama prende óleo e outros materiais flutuantes; um skimmer de óleo remove o óleo. Embora algum óleo permaneça no transbordamento, a qualidade da água é adequada para reuso como água de transporte. Tratamento específico para resfriamento pode ser necessário depois.

O primeiro desaguador de rosca — e o primeiro filtro DynaSand — para carepa foi instalado em Avesta (agora Outokumpu Stainless) em 1980, seguido por Ovako Steel, Fundia, SSAB, e várias usinas na Alemanha, Áustria e França.

"O sistema Nordic Water/Metso economizou 35% no investimento global de tratamento de água", disse o gerente de projeto de Avesta, Nils Albertsson.

Um pacote lamelar de corrente cruzada montado no desaguador aumenta a área de decantação para 100 m², suportando uma vazão de alimentação de quase 2.000 m³ h⁻¹ (8.800 gpm) em uma única unidade. A Voest Alpine em Linz, Áustria, opera sete tais unidades.

O desaguador de rosca entrega concentrações de sólidos de 100-300 ppm, muito alto para filtros estáticos convencionais mas bem dentro da capacidade do filtro contínuo DynaSand da Nordic Water.

Filtração contínua com DynaSand
O filtro DynaSand emprega um princípio de contrafluxo: a água entra no distribuidor inferior, viaja para cima através de um leito de areia, e sai no topo. Uma bomba de ar-elevador extrai areia suja do fundo, lava-a em um pequeno fluxo de água limpa, e retorna areia limpa ao leito, mantendo o filtro operacional sem interrupção.

Vantagens-chave incluem nenhuma peça móvel, queda de pressão insignificante (<0,1 bar), e vazão de água de enxágue de apenas 5-7% da alimentação. O filtrado contém <5-10 ppm de sólidos e óleo residuais, atendendo a maioria dos requisitos de reciclagem ou sangria. Para polimento, coagulantes, cargas de alimentação menores, ou leitos de carvão ativado podem ser usados para alcançar pureza superior.

Com carepa, taxas de filtração alcançam 25 m h⁻¹ (10 gpm ft⁻²) através do leito de areia. A maior unidade, DST 50, tem uma área de 5 m² (54 ft²) e processa 123 m³ h⁻¹ (550 gpm). Filtros podem ser arranjados em bateria; dezesseis unidades lidam com 2.000 m³ h⁻¹ (8.800 gpm), igualando a capacidade do desaguador SD 60-200 da Metso.

A água de enxágue do DynaSand é geralmente enviada a um espessante convencional operando a 2 m h⁻¹ (0,8 gpm ft⁻²). O transbordamento do espessante retorna às bombas de alimentação do filtro; o subfluxo, descarregado via válvula de comporta, atinge 45-65% de sólidos. Polímeros são usados apenas no espessante, não em bombas, desaguadores de rosca ou filtros de areia. Separadores lamelares realizaram com sucesso a mesma função em instalações recentes.