Промывные сточные воды цеха горячей прокатки

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНО УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Курсовая  работа по процессам и аппаратам  очистки воды

«Промывные  сточные воды цеха горячей прокатки»

Выполнила студентка: Луконина Е.В.

Группы ЭЖ-08-1

Проверила: Игнаткина  В.А.

Москва, 2012г.

Введение

Прокатка  — процесс пластического деформирования тел, между вращающимися приводными валками. Слова "приводными валками" означают, что энергия необходимая  для осуществления деформации передается через валки, соединенные с двигателем прокатного стана. Деформируемое тело можно протягивать и через  неприводные (холостые) валки, но это  будет не процесс прокатки, а процесс  волочения.

Проката относится к числу основных способов обработки металлов давлением. Прокаткой  получают изделия (прокат) разнообразной  формы и размеров. Как и любой  другой способ обработки металлов давлением  прокатка служит не только для получения  нужной формы изделия, но и для  формирования у него определенной структуры  и свойств.

Классификация процессов прокатки

Процессы  прокатки классифицируют по следующим  признакам:

• по температуре проведения процесса прокатку делят на горячую (температура металла при реализации процесса выше температуры рекристаллизации) и холодную (температура металла ниже температуры рекристаллизации). Также имеет место так называемая теплая прокатка - обработка в области промежуточных температур;
• по взаимному расположению осей валков и полосы различают продольную (ось прокатываемой полосы перпендикулярная осям валков), поперечную (ось прокатываемой полосы параллельна осям валков) и поперечно-винтовую или "косую" прокатку (оси валков находятся под некоторым углом друг к другу и к оси прокатываемой полосы;
• по характеру воздействия валков на полосу и условиям деформации прокатка бывает симметричной и несимметричной. Симметричной прокаткой называют процесс при котором воздействие каждого из валков на прокатываемую полосу является идентичным. Если это условие нарушается процесс следует отнести к несимметричному;
• по наличию или отсутствию внешних сил приложенных к концам полосы выделяют свободную и несвободную прокатку. Прокатка называется свободной если на полосу действуют только силы, приложенные со стороны валков. Несвободная прокатка осуществляется с натяжением или подпором концов полосы.

Продольная  прокатка

Способ  продольной прокатки является наиболее распространенным. При продольной прокатке полоса подводится к валкам, вращающимся  в разные стороны, и втягивается  в зазор между ними за счет сил  трения на контактной поверхности. Полоса обжимается по высоте и принимает  форму зазора (калибра) калибра между  валками. При этом способе прокатки полоса перемещается только вперед, то есть совершает только поступательное движение.

Поперечная  прокатка

При поперечной прокатке обрабатываемое тело (цилиндрической формы) помещается в зазор между  двумя валками вращающимися в  одну сторону и получает вращательное движение за счет сил трения на контактной поверхности. Деформация тела происходит при встречном сближении валков. В продольном направлении обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных  тянущих устройств). Поперечная прокатка используется для изготовления валов, осей, втулок и других тел вращения.

Поперечно-винтовая прокатка

Поперечно-винтовая прокатка занимает промежуточное положение  между продольной и поперечной. Этот способ широко используется для получения  получения полых трубных заготовок (гильз). Обрабатываемое тело (цилиндрической формы) проходя между валками, вращается  и одновременно совершает поступательное движение, то есть каждая точка тела (за исключением расположенных на его оси) движется по винтовой траектории.

Основная  часть

Современные прокатные цеха являются важнейшим  звеном металлургические производства, в значит, степени определяющим строительное решение завода в целом. Отд. цехи достигают длины более 1 км, площади до 25 га . Прокатные цеха по объему составляют до 75% от всех одноэтажных зданий заводской площадки. Прокатный цех характеризуется весьма тяжелым и громоздким оборудованием, устанавливаемым на фундаментах, независимых от несущих конструкций зданий прокатных цехов решаются одноэтажными и оборудуются мостовыми кранами грузоподъемностью до 125 т.

Различают горячую и холодную прокатку. Основная часть изделий (заготовки, сортовой и листовой металл, трубы) производится горячей прокаткой. Холодная прокатка применяется гл. обр. для производства листов и ленты толщиной 1,5—4 мм и тонкостенных труб; она служит для обработки горячекатаного металла с целью придать ему более гладкую поверхность и лучшие механические свойства, либо применяется в связи с трудностью нагрева и быстрым остыванием изделий малой толщины.

В соответствии с сортаментом прокатные цеха делятся на сортопрокатные, листопрокатные, смешанные и специальные.

 Внутри  зданий прокатного цеха размещаются  электромашинные помещения или  машинные залы, где установлены  основные силовые двигатели, преобразовательные устройства, аппаратура управления и др. Внутри цехов размещаются также многочисленных помещения станции управления (ПСУ), посты управления (ПУ) и др. В специальных подвальных помещениях устраиваются центральные смазочные станции (маслоподвалы) и станции автоматической густой смазки.

Для цехов  горячей прокатки характерно наличие  блюминга, слябинга или заготовочного  стана. Последний является связующим  звеном между сталеплавильным цехом, снабжающим прокатный цех слитками, и отделочными станами. Если имеется  установка непрерывной разливки стали (УНPC), необходимость в обжимных и заготовочных станах отпадает.

Сортопрокатные  цехи состоят из несколько отделений с продольным и поперечным расположением пролетов, сблокированных в одну группу: отделения нагревательных колодцев, отделения блюминга, отделения непрерывно-заготовочного стана, склада заготовок, отделения станов, склада готовой продукции. Внутренние дворы между отделениями сортовых станов предназначены для аэрации.

Листопрокатные цехи имеют отделение нагревательных колодцев и слябинга. Склад заготовок размещается в пролетах, параллельных пролетам слябинга или служащих их продолжением. В таких же пролетах располагаются листовой стан и склад готовой продукции. Здания под листовые станы сильно развиты в длину. Так решены здания листопрокатных цехов Магнитогорского, Карагандинского, Череповецкого и др. заводов. По этой же схеме решаются здания рельсо-балочных станов.

Встречаются смешанные решения прокатного цеха с размещением листовых и сортовых станов в сортопрокатных и листопрокатных отделениях.

Прокатные цеха специальных производств размещаются  в параллельных пролетах, аналогично отделочным станам. Особенностью этих цехов является наличие в них  большого количества печей для термообработки и закалки.

Отделение нагревательных колодцев состоит из гл. здания и отдельно стоящего вспомогательного здания — коксика. Соврем, здание нагревательных колодцев имеет 3 пролета. С целью сокращения протяженности фронта нагревательных колодцев применяется также двухрядное их расположение. Значит. высота (более 20 ж), специальные краны большой грузоподъемности с жестким подвесом, высокая температуpa, пролет 36 ж и крупный шаг колонн здания определяют решение несущих конструкций' в металле. Расход стали~ 240— 260 кг/м2 площади цеха. Несущие конструкции здания коксика решаются в унифицированных сборных железобетонных элементах. Ограждающие конструкции стен и покрытия выполняются из сборных железобетонных неутепленных плит, а в отделении нагревательных колодцев поверх кровельных железобетонных плит укладывают термоизоляцию для защиты покрытия от подогрева снизу и обеспечения его сохранности.

Отсутствие  агрессивной среды и наличие  больших тепловыделений позволяют  применять для кровли настилы  из стали. Они выполняются из плоских  стальных листов толщиной 3— 4 мм. Для  аэрации предусматриваются поворотные щиты в стенах и аэрационный вытяжной фонарь на крыше.

Отделение блюминга или слябинга состоит из станового пролета, машинного зала и скрапного пролета. В становом пролете устанавливаются мостовые краны грузоподъемностью до 125/25, располагаемые иногда в 2 яруса, что определяет решение несущих конструкций здания в металле. Расход стали ~ 145—175 кг/м2 площади здания. Для др. пролетов возможно применение железобетонных конструкций. Для южных районов скрапной пролет может быть решен без стеновых ограждений. Здание непрерывно-заготовочного стана, устанавливаемого за блюмингом, решается аналогично зданию блюминга. Расход стали —160—175 кг/м2 площади здания.

Склад заготовок (полуфабриката) в сортопрокатном цехе состоит из ряда поперечных пролетов. Ширина, длина пролетов и их количество определяются технологическим процессом. Склад оборудован мощными кранами с подхватами. Применение сборного железобетона для несущих и частично для ограждающих конструкций исключается. Расход стали ~ 175 кг/м2 площади здания. Нижние участки стен, подвергающиеся воздействию лучистой теплоты большой интенсивности, следует выполнять в кирпиче. Аэрация обеспечивается за счет поворотных щитов в стенах и аэрационными фонарями.

Отделения станов (сортовых и листовых) проектируются  из ряда параллельных пролетов. Каждый стан размещается обычно в 3 или 4 пролетах (пролет стана, машинного зала, скрапной и отделочный). Здания сортовых станов — отапливаемые (кроме южных районов). Габариты пролетов и грузоподъемность кранового оборудования допускают применение сборного железобетона, за исключением подкрановых балок. Расход стали при цельностальном каркасе здания — 110—150 кг/м2 площади здания.

Для зданий складов готовой продукции (поперечные или продольные пролеты) применяют  сборный железобетон для несущих  и ограждающих конструкций, за исключением  подкрановых балок.

Цехи  холодной прокатки располагаются, как  правило, рядом с цехами горячей  прокатки и соединяются с ними конвейером для подачи горячекатаных  рулонов. Характерной особенностью цехов холодной прокатки является наличие  больших травильных агрегатов и  колпаковых отжигательных печей.

В зданиях  цехов холодной прокатки производится обработка заготовок меньших  размеров, чем в цехах горячей  прокатки. Это позволяет применять  здание с прямоугольным очертанием в плане, в основном с параллельным расположением пролетов. Наличие пролетов для термической обработки изделий в колпаковых печах вызывает необходимость увеличения высоты этих пролетов и обеспечения их устройствами для аэрации здания. Сортамент выпускаемой продукции требует тщательной проверки, упаковки и отправки в крытых вагонах. Отметка пола склада готовой продукции должна быть на уровне пола вагона. Для хранения кислот, обезвреживания отходов и их утилизации предусматривается ряд вспомогательных зданий и сооружений (кислотные, купоросные, нейтрализационные и др.).

Условия эксплуатации прокатного цеха существенно влияют на выбор строительных конструкций. Прокатные цеха работают круглосуточно, непрерывно, с выделением большого количества тепла, газа, пыли и относятся к производствам с тяжелым и особо тяжелым режимом работы.

 При  расчете верхних поясов подкрановых  балок, тормозных ферм и креплений,  работающих в весьма тяжелых  режимах, величины расчетных сил  торможения крана принимаются с коэффициент от 1,12 до 5. Важен учет воздействия мостовых кранов тяжелого и особо тяжелого режима работы на одно- и двух- пролетные отделения прокатного цеха. Поперечные колебания, вызываемые работой кранов большой грузоподъемности, установленных на большой высоте, в особенности с жестким подвесом грузов, создают дополнительные толчки, которые разрушают подкрановые рельсы, их крепления и стеновые заполнения. Для предупреждения таких явлений необходимо обеспечивать достаточную поперечную и продольную жесткость конструкций цеха.

При выборе материала конструкции прокатного цеха следует учитывать значительные тепловыделения и воздействия лучистой теплоты на конструкции (температуpa свыше 100° при числе теплосмен от 10 до 50 с амплитудами температур 20—60°), вызывающие шелушение бетона, отслаивание защитного слоя, образование трещин и т. п. При расчете напряженно-армированных железобетонных конструкций необходимо учитывать потери напряжений от повышения температуры и применять стержневое, а не проволочное армирование.

В скрапных пролетах блюмингов, слябингов и крупносортных станов, в которых производится охлаждение водой горячих обрезков, образуется большое количество пара, и стальные конструкции интенсивно подвергаются коррозии. Спец. защита состоит в покраске и пароизоляции.

В травильных отделениях, кроме организации отсосов  вредных паров в местах их возникновения, а также интенсивной общеобменной вентиляции, необходима защита конструкций  от коррозии путем покраски и создания пароизоляции.

Сложной проблемой в черной металлургии  является пылеудаление. Борьбу с пылью  следует вести путем герметизации оборудования, мест выделения пыли, устройства кожухов и т. п., а также  усилением вентиляции, созданием систем механизированные пылеуборки, обмывки водой и т. п.

По характеру  технологического процесса все отделения прокатные цеха могут быть неотапливаемыми, однако требования улучшения условий труда и повышения качества продукции определяют размещение большинства отделений в утепленных зданиях. Места постоянного пребывания работающих — посты, кабины и пр.— утеплены и обеспечиваются кондиционированным воздухом.

Важное  значение имеет аэрация горячих цехов, в которых выделяется большое количество тепла (до 200 ккал1м3-час). Приток воздуха в них регулируется установкой жалюзей или открывающихся оконных ленточных переплетов в нижней части стен, а также устройством поворотных щитов на вертикальных осях на отметке пола цеха. Вытяжка осуществляется аэрации прямоугольными фонарями.

При устройстве аэрации фонарей их следует использовать и для естественного освещения. Рекомендуется также применять ленточное остекление в наружных стенах.

При каждом цехе или отделении цеха строятся бытовые помещения. Внутри цехов  устанавливается необходимое количество сатураторов с газированной водой, устраиваются комнаты отдыха, душевые  и т. п.

Стоимость возведения фундаментов под оборудование прокатного цеха составляет 20—40% стоимости строительства цеха. Объем этих фундаментов, а также маслоподвалов, туннелей, каналов и т. п. для одного стана составляет около 20—30 тыс. м3. На 1 м2 площади цеха приходится 0,5—3,2 м3 бетона. Фундаменты под оборудование, заглубленные на 6—14 м, имеют сложное очертание в плане и различные высотные отметки. Технология прокатки горячих слитков требует водяного охлаждения обжимных валков, подшипников и воздушного охлаждения двигателей стана. Водоводы охлаждения и смыва окалины проходят внутри тела фундамента. Окалина смывается водой по каналам с уклоном 1 : 20 в яму, откуда грейфером грузится в вагоны. Кабели электропитания и систем централизованного управления прокладываются в трубах. Расположение оборудования на разных отметках, прокладка проводов, труб и установка анкерных болтов и закладных частей значительно усложняют возведение фундаментов и часто требуют устройства стальных кондукторов для фиксации болтов и труб при бетонировании.

Так как для своих очистных работ  я выбрала горизонтальные отстойники, то стоит рассказать и о них.

Горизонтальные  отстойники

Горизонтальный  отстойник представляет собой прямоугольный  в плане резервуар, разделенный  на несколько отделений. Обычно строят два или несколько параллельно  работающих отделений отстой-пика, чтобы при чистке или ремонте  одного из них не выключать из работы все сооружения.

Скорость  перемещения взвешенной частицы  в отстойнике представляет собой  равнодействующую вертикальной скорости осаждения частицы u0 под действием силы тяжести и скорости горизонтального движения воды v вдоль отстойника. Траектория движения частицы направлена здесь по равнодействующей этих двух скоростей. При заданных величинах Н, L и v можно найти такое значение скорости осаждения u0, при котором равнодействующая пройдет через наиболее удаленную точку дна отстойника г. В отстойнике будут задерживаться лишь взвешенные частицы, имеющие скорость осаждения, которая является наименьшей для данного отстойника. Ее называют охватываемой скоростью, т. е. гидравлической крупностью тех наиболее мелких взвешенных веществ, которые задерживаются отстойником указанной длины. Более мелкие частицы, скорость падения которых меньше u0, будут выноситься с водой.

Высота  борта отстойника над поверхностью воды обычно не превышает 0,4 м.

Между проточной  и иловой частью отстойника предусматривается  нейтральный слой высотой 0,4 м.

Ширина  отстойника принимается в зависимости  от способа удаления из него осадка, однако с таким расчетом, чтобы  число отделений отстойника было не менее двух. Обычно эта ширина не превышает 9 м. Ширину отстойника целесообразно  увязывать с шириной аэротенков (6 и 9 м), чтобы иметь возможность объединить эти сооружения в секции.

Имеющиеся унифицированные сборные панели высотой 3,6 и 4,8 м для прямоугольных  емкостей позволяют подобрать по глубине проточной части два  типоразмера горизонтальных отстойников—3,2 и 4,4 м.

Осадок  из отстойников удаляется под  гидростатическим давлением и с  помощью различных механизмов (скребков, насосов, элеваторов и др.).

Основными преимуществами горизонтальных отстойников  являются: малая глубина, хороший  эффект очистки, возможность использования  одного сгребающего устройства для  нескольких отделений. К недостаткам  их относится необходимость применения большего числа отстойников вследствие ограниченной ширины.

Расчёт горизонтальных отстойников.

Горизонтальные  отстойники представляет собой прямоугольный  железобетонный резервуар, состоящий  из нескольких отделений. Длина сооружения может достигать 50 м, ширина – в 3–5 раз меньше. Обычно глубина отстойника не превышает 4 м, при этом толщина  водного слоя должна составлять 2,0–2,5 м. Вода, подлежащая осветлению, подводится к одной из его торцовых стенок, проходит вдоль отстойника до противоположной  торцовой стенки и там отводится. Горизонтальные отстойники    обычно    оказываются    экономически оправданными при общей  производительности станции более 30 тыс. м3/сутки. Высота зоны осаждения  обычно составляет 2,5…4м. В  соответствии  с характером  выпадения  взвеси  наибольшая  емкость нижней части  отстойника обеспечивается в начале отстойника. Для этого дну его  придается продольный уклон  (обратный ходу воды) не менее 0,02. Конструкция  отстойника должна обеспечивать, возможно, более равномерное распределение  скоростей потока по его сечению  и возможно более полное использование  его объема. Для этого отстойники значительной ширины разделяют продольными  перегородками на несколько параллельных коридоров (ширина которых должна быть не более 9 м). Для равномерности распределения  воды в поперечном сечении отстойника его объем делят в продольном направлении перегородками на самостоятельно действующие секции шириной 3 ... 6 м (в  зависимости от шага колонн, поддерживающих перекрытие). При количестве секций менее шести необходимо предусматривать  одну резервную. Дно отстойника должно иметь продольный уклон не менее 0,005 в направлении, обратном движению воды, а в поперечном направлении  оно может быть плоским или  призматическим с углом наклона  граней 45°

Достоинство: относительно высокий коэффициент  использования объема и достигаемый  эффект осветления воды по взвешенным веществам – 50- 60%, возможность их компактного размещения с другими  очистными сооружениями;

Недостаток: высокая стоимость монтажа, низкая надежность скребкового механизма, а также образование застойных  зон, где удаление осадка не происходит.

Расчёт.

Расход=1000 м^3/ч.

1.Площадь  осаждения горизонтального отстойника (м^2) определяется по формуле:

F=q_max/(3,6*К  отс*u_0 )

q_max-максимальный  расход сточных вод из расчёта  на один отстойник, м^3/ч.

К_отс - коэффициент  использования объёма отстойника.

u_0-гидравлическая  крупность, мм/с. Приняли u_0=0,5 мм/с

F=1000/(3,6*0,5*0,5)=1111,11 м^2

2. Ширина  отстойника (м) считается по формуле:

B=q_max/(3,6*v_(гор.сред.)*H_отст )=15,43 м

Обычно  принимают ширину секций не более 6 м при числе секций менее 6 необходимо предусмотреть резервную секцию.

3. Длину  отстойника (м) определяют по формуле:

L=(H_отст*v_ср)/(u_0*К_отст ) = (3*10)/(0,5*0,5) = 120 м

Необходимо  провести проверку выполнения условия: отношение длины отстойника к  глубине отстойной зоны, должно быть более или равно 10.

L/H_отст =120/3>10

4. Объём  осадительной части рассчитывают, принимая период работы между  выгрузками осадков 24 ч по формуле

Vос.ч.= (q max*Tраб*(C исх-С ост))/(δ*N)

q max-максимальный  объём сточных вод,м^3/ч.

Т раб-период работы между выгрузками осадков 

С исх,С  ост-концентрация взвешенных веществ, соответственно исходная и остаточная, г/м^3

δ-средняя  концентрация твёрдой фазы, г/м^3

N-число  отстойников

Vос.ч.=(1000*24*(800-2))/(20*1)=957600 м^3

Ответ: F=1111,11 м^2

             В=15,43 м

           L=120 м

             V=957600 м^3

Согласно  заданию мы должны уменьшить содержание взвешенных веществ(окалины), железа(общ) и масла в исходной воде, а так  же поднять уровень ПДК.

Проводим  отстаивание. Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким  и дешевым методом выделения  из сточных вод грубодиспергированных  примесей с плотностью, отличающейся от плотности воды. Отстойники предназначены  для задержания оседающих и плавающих  примесей. Относительная простота отстойных  сооружений обусловливает их широкое  применение на различных стадиях  очистки сточной воды и обработки  образующихся осадков. Под действием  силы тяжести частицы загрязнений  оседают на дно или всплывают  на поверхность. Выбираем горизонтальный отстойник, поскольку расход согласно данным составляет 1000 м3/ч , ставим 1 отстойник. Эффективность процесса 60%.

Добавляем тонкослойные модули для повышения  эффективности. Малая глубина отстойников  обеспечивает осветление воды в течение 4 - 10 мин, что позволяет значительно  уменьшить их габариты по сравнению  с габаритами отстойников других типов и размещать в закрытых помещениях. Основными преимуществами тонкослойных отстойников, позволяющими изготавливать их на любом предприятии, являются: простота исполнения, недефицитность материалов для создания разделительных полок, отсутствие необходимости в  комплектующем оборудовании.

Так же добавляем  флокулянт.

Таким образом,  суммарная эффективность отстойника = 90%

Добавляем 5 % раствор известкового молока Са(ОН)2  для увеличения щелочности раствора с рН= 8,2 до рН=9.

На следующей  стадии применяем фильтрацию зернистым  фильтром. Фильтрование - это процесс  отделения твердых нерастворимых  примесей от жидкой фазы по средствам  перегородки. При прохождении воды через сетки, ткани и пористые материалы достигается извлечение из нее взвешенных веществ. Процесс  осуществляется либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала. Поверхностное фильтрование происходит при движении воды через объемные элементы из пористых материалов значительной толщины (патронные фильтры и  фильтры из пористой керамики); сетчатые или тканевые перегородки (фильтрованием  под давлением или под вакуумом, микрофильтрование ). В зависимости  от свойств фильтрующих основ  и извлекаемых из воды примесей фильтрование состоит из следующих процессов: отложения, фиксации и отрыва. Механизм отложения бывает двух видов: механическое задержание извлекаемых примесей и  отложение взвешенных частиц в порах. При механическом процеживании из воды извлекаются все примеси, превышающие размеры пор фильтрующей основы или пор, образуемых задержанными частицами, которые сами являются фильтрующим слоем. При этом чем меньше размеры пор фильтрующей основы, тем более высоким будет достигаемый эффект. Обработка воды фильтрованием заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. Эффективность 95%.

Но даже теперь у нас остаётся некоторая  часть окалины и масла. Для  их выведения используем ультрафильтрацию с эффективностью 99%

Таким образом, на выходе мы получаем сточные воды требуемых показателей.