Способ очистки и подготовки жидкостей и устройство для его осуществления - RU2182522C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области металлургической промышленности, а именно к способу и устройству для очистки и подготовки жидкостей, содержащих металлические и иные материальные загрязнения и применяемых для охлаждения и/или смазки, в частности для удаления окалины из производственной воды замкнутого цикла охлаждения в металлургической промышленности.

В металлургической промышленности применяются большие количества охлаждающей воды и смазочных средств, особенно в установках непрерывной разливки и в цехах горячей прокатки. Кроме окалины в них может содержаться металлическая стружка, а также отходы газовой кислородной резки.

В больших блюмингах для горячей прокатки окалина встречается в виде лепешек или т.н. "елочек", а на рольгангах и в холодильниках - в виде мелких пластинок, наименьший размер которых может выражаться несколькими тысячными долями миллиметра. Подводимая в процессе прокатки охлаждающая вода одновременно используется в качестве средства транспортировки образующейся прокатной окалины и других твердых материалов, а также для удаления применяемых смазочных средств, например масла или жира. Производственную воду собирают и выводят в контур подготовки. Здесь при подготовке и очистке производственной воды проблемы возникают главным образом ввиду смешивания этой воды с частицами окалины, маслами и жирами, что заставляет применять большие установки для процесса очистки и регенерации.

В обычном цехе очистка и подготовка состоит из ряда выполняемых один за другим отдельных этапов, первым из которых является грубая очистка в отстойном баке. В этом глубоком баке (колодце для окалины), где собирается, например, вытекающая из прокатного стана охладительная вода, осаждаются более крупные и поэтому более тяжелые частицы окалины, которые содержат сравнительно мало масла. Подвергнутая такой предварительной очистке охладительная вода закачивается затем в первичный отстойник где происходит дальнейшее выпадение твердых веществ под действием силы тяжести. Для заключительной тонкой очистки воду прокачивают через гравийный или песочной фильтр, после чего она через систему оборотного охлаждения попадает в сборный отстойник, а оттуда закачивается насосами обратно в прокатный стан.

Здесь большим недостатком является большая занимаемая этой системой площадь, высокие затраты на приобретение оборудования и большой расход энергии на промежуточные насосы.

Далее, недостатком оказалось то, что во время прокачки насосом возникающие в прокатном стане утечки масла соединяются с мелкой окалиной, которая осаждается частично в первичном отстойнике и частично в фильтрах, делая эту окалину непригодной для переработки. Только грубая окалина, которая выпадает уже в глубоком баке, в основном еще свободна от масляных компонентов и поэтому пригодна для переработки.

Для тонкой очистки вместо гравийных или песочных фильтров известны также центробежные сепараторы. Жидкость с содержащимися в ней взвесями поступает в них в тангенциальном направлении и приходит в круговое движение. Центробежная сила прижимает те твердые вещества, плотность которых больше чем у жидкости, к стенкам разделительной камеры, откуда они медленно скользят вниз в сборную камеру. Однако здесь недостатком является то, что требуется большой расход энергии на привод насоса. Кроме того, успех способа зависит от размера частиц; ибо чем меньше сепарируемые частицы, тем больше должна быть центробежная сила, что приводит к повышению мощности насосов, а тем самым и расхода энергии. Кроме того, этот способ очистки не достигает тех значений чистоты, которые обеспечиваются гравийными или песочными фильтрами.

Из патента DE 4115819 А1 известен способ тонкой очистки при помощи магнитного сепаратора, смонтированного в насосном агрегате. Отмечается, что посредством магнитного сепаратора в максимально успокоенной зоне бака насосного агрегата из производственной воды отделяются средние и тонкие частицы окалины, которые собираются выше уровня воды в сепараторе. Затем полученные таким образом частицы окалины снова вводятся в процесс переработки. В отношении рода магнитного сепаратора здесь не дается никаких указаний.

Магнитный фильтр для очистки водяных отходов известен из журнала ASEA, 1978, 23, т. 1, стр.15-21. Описана очистительная установка, в которой применены магнитные диски, установленные параллельно друг к другу и вращающиеся в баке, в котором находится очищаемая вода. Взвешенные в жидкости вещества пристают к дискам только под действием магнитной силы; они снимаются с поверхностей дисков при помощи бесконечного профилированного резинового ремня и выводятся из фильтра. Однако здесь бесконечный резиновый ремень для снятия и удаления шлама подвергается интенсивному износу и нуждается в периодической замене.

Кроме вышеописанных способов для очистки жидкостей известен способ фильтрации при помощи пластин, установленных с наклоном. Здесь взвешенные в жидкости вещества сепарируются путем осаждения под действием силы тяжести, причем частицы твердых веществ осаждаются на пластинах из поднимающегося потока и соскальзывают вниз в противотоке по отношению к поднимающейся очищаемой воде в предусмотренную шламовую воронку. Собранный здесь тонкий шлам удаляют и загущают насосами. Для того, чтобы обеспечить соскальзывание твердых частиц, пластины должны иметь наклон, который обычно направлен под углом 70^o относительно горизонтали. Однако с увеличением угла наклона уменьшается осаждение на отдельных пластинах. Как и при осаждении под действием центробежной силы, при этом способе тоже не достигается высокая степень очищения, которая может быть достигнута при очистке гравийными и песочными фильтрами. Пределы сепарации зависят от плотности и величины твердых частиц при одновременном уменьшении обширных и дорогих агрегатов, применяемых до сих пор для этой цели.

Кроме того, известен способ очистки и подготовки жидкостей, содержащих металлические и иные материальные загрязнения и применяемых для охлаждения и/или смазки, в частности, для выделения окалины из производственной воды замкнутого цикла охлаждения в металлургической промышленности, при котором очищаемую жидкость пропускают через промежуточные пространства расположенных параллельно в емкости горизонтальных магнитных пластин, которые совместно перемещают бесконечным транспортером поперек направления потока вверх и/или вниз, при этом твердые частицы удаляют из производственной воды путем осаждения на пластинах и дополнительно под действием силы магнитного притяжения, создаваемого верхними сторонами пластин, а собранные частицы удаляют с каждой самой верхней пластины после ее выхода из жидкостной ванны (патент US 3834542, кл. В 01 Д 35/06, 10.09.1974).

В основу изобретения положена задача создать устройство и способ для очистки и подготовки жидкостей, применяемых для охлаждения и/или смазки, при помощи которых или которого достигается высокая степень очистки, соответствующая очистке посредством гравийных или песочных фильтров с оставлением на удаленных твердых частицах лишь незначительного количества масла, при одновременном уменьшении обширных и дорогих агрегатов, применяемых до сих пор для этой цели.

Эта задача решается за счет того, что в способе очистки и подготовки жидкостей, содержащих металлические и иные материальные загрязнения и применяемых для охлаждения и/или смазки, в частности для выделения окалины из производственной воды замкнутого цикла охлаждения в металлургической промышленности, при котором очищаемую жидкость пропускают через промежуточные пространства расположенных параллельно в емкости горизонтальных магнитных пластин, которые совместно перемещают бесконечным транспортером поперек направления потока вверх и/или вниз, при этом твердые частицы удаляют из производственной воды путем осаждения на пластинах и дополнительно под действием силы магнитного притяжения, создаваемого верхними сторонами пластин, а собранные частицы удаляют с каждой самой верхней пластины после ее выхода из жидкостной ванны, используют, по меньшей мере, два штабеля пластин, находящихся друг за другом в направлении потока, при этом очищенную пластину первого штабеля сдвигают в продольном направлении в порожний прихват транспортера соседнего второго штабеля, а каждую самую нижнюю пластину второго штабеля сдвигают в противоположную сторону.

Кроме того, указанная задача решается в устройстве для очистки и подготовки жидкостей, содержащих металлические и иные материальные загрязнения и применяемых для охлаждения и/или смазки, в частности для выделения окалины из производственной воды замкнутого цикла охлаждения в металлургической промышленности, содержащем параллельно расположенные в емкости магнитные пластины, через промежутки между которыми пропускают очищаемую жидкость, за счет того, что верхняя сторона каждой пластины выполнена частично или полностью магнитной, а нижняя сторона каждой пластины выполнена немагнитной.

Согласно предпочтительным формам выполнения верхняя сторона пластины является постоянным магнитом;
верхняя сторона пластины снабжена магнитной пленкой;
верхняя сторона пластины состоит из отдельных магнитных стержней с находящейся на них покровной пластиной из немагнитного материала;
по меньшей мере, два штабеля расположены в емкости друг за другом в направлении потока;
перед штабелем из параллельных магнитных полос установлен отстойный бак для подачи в него использованной и загрязненной производственной воды, а также устройства для забора грубой окалины и передачи предварительно очищенной производственной воды, а за штабелем - устройство для отвода и возврата окончательно очищенной производственной воды.

Суть изобретения заключается в том, что содержащая примеси вода и/или другие жидкости после грубой очистки очищается только при помощи одного последующего этапа с обеспечением высокой степени очистки благодаря тому, что помимо сепарационного воздействия путем осаждения на пластинах, установленных горизонтально и параллельно друг другу и движущихся через жидкостную ванну поперек направления потока в основном без изменения угла, одновременно происходит очистка и сепарация поддающихся намагничиванию металлических частиц путем магнитного воздействия каждый раз верхнего участка пластин.

Благодаря тому, что все верхние поверхности пластин обладают магнитным свойством, создаваемым предпочтительно постоянными магнитами, воздействие силы тяжести на частицы окалины, приводящее к их осаждению на движущихся пластинах, заметно увеличивается. Нижняя сторона каждой пластины является немагнитной, вследствие чего на металлические частицы окалины не действует направленная в обратном направлении сила притяжения, мешающая сепарации на верхних сторонах пластин. При таком способе и такой конструкции обеспечивается то, что с одной стороны частицы притягиваются магнитными силами к верхним сторонам пластин и тем самым сепарируются из жидкости, а с другой стороны собранные частицы надежно удерживаются и не могут быть вымыты из протекающей жидкости. При этом под верхней стороной понимается та сторона каждой пластины, которая направлена в сторону зеркала ванны.

Преимущество по сравнению с обычными установками заключается прежде всего в том, что ввиду создаваемого магнитной силой эффекта уплотнения приставшее масло освобождается от частиц окалины, благодаря чему на отдельных пластинах осаждается слой окалины, содержащий мало масла. Поскольку выделившиеся частицы окалины содержат лишь немного масла, их можно направлять на переработку и регенерацию с высокой эффективностью. Благодаря этому можно, в частности, сократить затраты на складирование маслянистого остаточного шлама, который не пригоден для переработки, что особенно важно с точки зрения защиты окружающей среды.

Пластины, собранные в штабель, продвигаются через жидкость при помощи бесконечного транспортера, например транспортной цепи, к которой они присоединены с каждой стороны пластины посредством прихватов, например планок или уголков. Пластины штабеля отстоят друг от друга на некотором расстоянии и через промежуточные пространства между ними равномерно протекает очищаемая вода.

Целесообразно расположить два штабеля пластин один после другого в направлении потока, причем каждая пластина одного штабеля двигается вверх или вниз. Размещая штабели один после другого, т.е. параллельно, можно в соответствии с конкретными предъявляемыми требованиями образовывать магнитные поверхности любой величины.

Пластины можно передвигать непрерывно или периодически. После выхода каждой верхней пластины первого штабеля собранные на ней частицы удаляются простым образом, например путем отсоса или механическим соскребанием. При этом целесообразно предусмотреть, чтобы при выходе пластины из жидкостной ванны вода могла стекать с пластины, благодаря чему немного подсушенные таким образом частицы легче удалить. Отсос можно производить как соплом, двигающимся вдоль поверхности пластины, так и неподвижным соплом при движении соответствующей верхней пластины. Это же относится к механическому соскребанию: или передвигается скребок вдоль неподвижной поверхности пластины, или же поверхность пластины передвигается под неподвижным скребком.

Целесообразно после очистки вводить каждую верхнюю пластину первого штабеля в цикл второго штабеля путем продольного сдвига пластины в порожнюю приемную секцию, чтобы теперь пластина стала двигаться вниз вместе со вторым штабелем, снова выполняя роль средства для очистки жидкости. Прихваты транспортера выполнены таким образом, что допускают этот продольный сдвиг пластин. Аналогично каждая нижняя пластина второго штабеля сдвигается горизонтально в порожнюю приемную секцию первого штабеля в противоположном направлении. Таким образом все пластины принимают участие в операции очистки поступающей воды, и только пластина, находящаяся в положении очистки выше зеркала ванны, на короткое время исключена из процесса очистки.

Возможен также вариант, при котором сепаратор из параллельных магнитных пластин состоит только из одного пакета или штабеля пластин и отдельные пластины передвигаются в жидкости по полной круговой траектории.

В принципе пластины могут иметь любую форму, пригодную для передвижения посредством бесконечного транспортера.

Целесообразно снабдить верхнюю сторону пластины магнитной пленкой, которую можно по всей площади приклеить к намагничивающемуся стальному листу, например к ферритному стальному листу. Это обеспечивает большую степень воздействия магнитной силы и упрощает подготовку пластин к применению.

Согласно альтернативному исполнению рекомендуется выполнять верхнюю сторону пластины из отдельных постоянных магнитов и покровной пластины из немагнитного или ненамагничивающегося материала, предпочтительно из высококачественной стали, причем магнитные стержни прикрепляются к нижней стороне пластины предпочтительно из ферритного стального листа путем приклеивания. При таком исполнении гарантируется, что магнитное поле может проникать в верхнюю сторону пластины, т.е. в данном случае в покровную пластину, но не может проникнуть в нижнюю сторону, поскольку книзу магнитное поле экранировано. Поэтому сепарируемые частицы притягиваются и удерживаются только верхней стороной пластин.

Оказалось, что клееная конструкция обеспечивает высокую общую жесткость, благодаря чему каждой пластине можно придать большую поверхность сепарации, не опасаясь заметного прогиба даже при большом количестве взвесей в жидкости.

При применении сепаратора с параллельными магнитными пластинами в замкнутом цикле охлаждения прокатного стана целесообразно установить перед сепаратором отстойный бак для грубой очистки загрязненной производственной воды, а также перепускную трубу для предварительно очищенной производственной воды, а после сепаратора - устройство для отвода и возврата окончательно очищенной воды. Ввиду высокой очистительной способности сепаратора согласно изобретению можно обойтись без обычных операций тонкой очистки в гравийных или песочных фильтровальных установках, стоимость которых сравнительно высока.

Другие подробности и преимущества изобретения указаны в пунктах формулы изобретения и описаны подробнее ниже на примерах, иллюстрированных чертежами. В частности, показаны:
на фиг. 1 - сепаратор с параллельными магнитными пластинами для очистки загрязненной производственной воды с двумя находящимися один после другого в направлении потока штабелями пластин, изображенный схематически, вид сбоку;
на фиг.2 - сепаратор из фиг.1, изображенный схематически, вид спереди;
на фиг. 3 - опора и конструкция отдельных горизонтально расположенных пластин сепаратора согласно первой форме исполнения, изображенной схематически, вид спереди;
на фиг. 4 - опора и конструкция отдельных горизонтально опертых пластин сепаратора из параллельных пластин согласно второй форме исполнения, изображенной схематически, вид спереди;
на фиг. 5а и 5б - фрагмент фиг.4, вид сбоку, а также вид сверху на примененную в данном случае пластину, изображенный в виде сбоку (фиг.5а) и в виде сверху (фиг.5б);
на фиг.6 - сепаратор с параллельными магнитными пластинами, встроенный в замкнутый цикл охлаждения прокатного стана, в схематическом изображении.

На фиг.1 изображен сепаратор с параллельными магнитными пластинами, состоящий из двух штабелей пластин 2, 3, расположенных друг за другом в емкости 1. Оба штабеля 2, 3 состоят из отдельных, расположенных горизонтально и параллельно друг другу пластин 4. В то время как пластины первого штабеля 2 передвигаются периодически вверх, пластины второго штабеля 3 передвигаются вниз в направлении к днищу емкости 1.

В верхней части емкости 1 на одной стороне предусмотрен впускной патрубок 5, через который очищаемая производственная вода поступает в емкость 1, протекая через промежуточные пространства между отдельными пластинами 4 поперек направления их движения. Верхние стороны 4а отдельных пластин снабжены частично или полностью магнитным материалом, тогда как нижние стороны 4б пластин не являются магнитными.

Очистка производственной воды, которая кроме нерастворившихся твердых частиц, в частности частиц окалины, содержит также масла и жиры, состоит как из процесса осаждения под действием силы тяжести, так и из процесса притяжения отдельных частиц окалины на верхние поверхности пластин под действием магнитной силы. Частицы, выпавшие на верхнюю поверхность или сторону 4а и удерживаемые на ней, переносятся пластинами поперек потока в направлении к зеркалу ванны 6. Ввиду магнитного воздействия верхних поверхностей пластин частицы не могут быть смыты с них.

Самая верхняя пластина первого поднимающегося вверх штабеля 2 выходит из жидкостной ванны. Позицией 7 обозначена такая магнитная пластина в получающемся здесь положении очистки пластины. В этом положении над штабелем 2 установлено устройство 8 для отсоса выпавших из воды и тем самым немного подсушенных твердых частиц, собравшихся на отдельной пластине. Это устройство снабжено отсосным соплом 9, которое при помощи транспортного средства 10 передвигается параллельно и вдоль верхней поверхности 4а пластины, обеспечивая тем самым постоянный и надежный отсос частиц.

По окончании процесса отсоса очищенная пластина 7 сдвигается в продольном направлении в предусмотренную для этого порожнюю приемную секцию 11 второго штабеля 3, которая находится на той же высоте, что и пластина 7. Номером 12 обозначена захватная собачка для передвигания пластины. Второй штабель 3 передвигается затем вниз на величину расстояния между пластинами, причем теперь очищенная пластина 7 снова вступает в жидкостной поток, начиная заново принимать участие в процессе очистки воды. Одновременно самая нижняя пластина 13 второго штабеля надвигается на упор 14 для сдвига пластины и аналогичным образом, но в противоположном продольном направлении, сдвигается назад в порожнюю приемную секцию 15 первого штабеля 2. Отсюда пластина 13 продвигается периодически вверх вместе со штабелем 2. Продольный сдвиг самой нижней пластины 13 осуществляет гидравлический цилиндр 16, имеющий на своем штоке упор 14.

Для того, чтобы отсосное устройство 8 и выдвигающуюся из ванны самую верхнюю пластину 7 предохранить от нежелательного обрызгивания поступающей загрязненной водой, на входном участке емкости 1 поставлена погруженная в ванну стенка 17. Другая такая же стенка 18 находится на выходной стороне вблизи патрубка 19 для стока очищенной воды. Как уже отмечалось, магнитные пластины дают возможность в основном полностью отделять масло из содержащих масло частиц окалины. Пройдя сквозь штабели 2, 3, движущиеся вверх и вниз, жидкость освобождается от нерастворенных твердых частиц. Отделившееся масло удаляется вблизи сточного патрубка 19 посредством маслоотделителя ("шумовки") 20 на высоте уровня жидкости.

На фиг.2 более подробно изображено устройство для транспортирования отдельных штабелей пластин и отсосное устройство. Каждая отдельная пластина забирается и транспортируется с двух сторон соответствующими приемными уголками 21, которые передвигаются бесконечной транспортной цепью 22, огибающей две цепные звездочки 23.

При такой форме исполнения можно простым образом расширять поперечное сечение сепаратора путем добавления дополнительных штабелей пластин, что без проблем возможно при соответствующем размере емкости. Для очистки самой верхней выступающей из жидкости магнитной пластины предусмотрено отсосное сопло 9;
через всасывающую линию 24, которая соединена с вытяжными вентиляторами 25, отсасываются удаленные из потока частицы, транспортируемые в соответствующих емкостях для регенерации в металлургическом процессе. Это транспортное устройство позволяет, варьируя число пластин в сепараторе с параллельными магнитными пластинами, приспосабливаться к степени загрязнения данной производственной воды. При надлежащем числе приемных уголков можно без проблем удалять или добавлять пластины.

Прилегание отдельных пластин к приемным уголкам 21 подробнее изображено на фиг.3 и 4. Транспортная цепь 22 двигается в направляющих 26. Приемные уголки 21 закреплены на звеньях транспортной цепи 22.

Согласно примеру исполнения, показанному на фиг.3, пластины 4 состоят из магнитной пленки 27 и несущего листа 28, который здесь изготовлен предпочтительно из ферритной стали. Магнитная пленка 27 приклеена по всей площади к верхней стороне стального листа. Схематически изображено сопло 9 отсосного устройства 8. Самая верхняя пластина находится в положении очистки пластины. Верхняя поверхность очищается путем отсоса щелевым соплом, движущимся вдоль длины пластины. Пластины 4 имеют краевые выступы 29 в виде желобков, благодаря которым отдельные пластины удерживаются на заданном расстоянии от отсосных сопел 9. Благодаря этому верхние поверхности магнитных пленок не приходят в контакт с отсосными соплами 9, который приводил бы к износу пленок.

Другая форма исполнения магнитных пластин показана на фиг.4. Магнитная пластина 7 состоит из нижней несущей пластины 30, на которую установлены прямоугольные постоянные магниты 31, а на них - покровная пластина 32 из немагнитного материала, предпочтительно из аустенитной высококачественной стали. Номером 33 обозначена проходящая по всей периферии краевая планка. Отдельные постоянные магниты 31 установлены со сдвигом друг относительно друга (ср. фиг.5б) и приклеены к несущей пластине 30. На фиг.5а показана в поперечном сечении, т.е. на виде сбоку, описанная ранее магнитная пластина, состоящая из несущей пластины 30, постоянных магнитов 31 и покровной пластины 32.

На фиг.6 схематически изображена простая конструкция полностью замкнутой системы оборота охлаждающей воды со встроенным сепаратором из параллельных магнитных пластин на примере схематически представленного прокатного стана. Охлаждающая вода, примененная для охлаждения символически изображенного в виде двух валков прокатного стана 34, собирается и подводится в глубокий бак 35 для грубой очистки с удалением сравнительно крупных частиц окалины путем осаждения. Осаждающаяся здесь крупная окалина удаляется обычным образом при помощи грейферного крана. Предварительно очищенная таким образом вода накачивается в сепаратор 36 с параллельными магнитными пластинами, имеющий здесь тоже два штабеля пластин 2, 3, протекает через него без потери давления при одновременной тонкой очистке под действием силы тяжести и магнитной силы и вытекает в виде чистой воды дальше в расположенный за сепаратором агрегат 37 оборотного охлаждения.

В баке 38 для холодной воды под агрегатом оборотного охлаждения собирается очищенная и охлажденная вода, которую в заключение перекачивают насосами в прокатный стан.

Это изобретение можно особенно успешно применить в установках водоснабжения, например, горячих лентопрокатных станов.

Реферат

Изобретение относится к области металлургической промышленности и предназначено для очистки и подготовки жидкостей, содержащих металлические и иные материальные загрязнения и применяемых для охлаждения и/или смазки, в частности для удаления окалины из производственной воды замкнутого цикла охлаждения. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки при малом содержании масла на удаляемых твердых частицах. Для этого предлагается передвигать в емкости вверх и/или вниз горизонтально расположенные пластины поперек направления потока жидкости и удалять твердые частицы из производственной воды путем осаждения их на пластинах под действием магнитных сил притяжения, создаваемых на верхних сторонах пластин. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула