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循環(huán)利用特鋼生產(chǎn)后的廢水提高不銹鋼管材強(qiáng)度的工藝研究

一、傳統(tǒng)不銹鋼管材強(qiáng)化工藝

傳統(tǒng)的不銹鋼管材強(qiáng)化工藝有很多種。比較常見的方法有細(xì)化晶粒強(qiáng)化、馬氏體強(qiáng)化、形變強(qiáng)化和形變-相變綜合強(qiáng)化、脫溶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等。每種強(qiáng)化的方法和工藝各有不同，強(qiáng)化之后對(duì)不銹鋼管材的作用各有千秋，但是他們有一個(gè)共同點(diǎn)--工藝過程較為復(fù)雜，多數(shù)需要設(shè)備投入，如何獲取一種低成本的不銹鋼管材強(qiáng)化工藝是不銹鋼管材行業(yè)一直在探索的問題。

二、現(xiàn)行特鋼生產(chǎn)后的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)及潛在提升空間

特鋼生產(chǎn)后的廢水指特鋼生產(chǎn)過程中各主輔生產(chǎn)工序排放的廢水，包括冷卻水、工藝設(shè)備直流用水、地坪沖洗及零星生產(chǎn)廢水等所有生產(chǎn)性排水，但不包括生產(chǎn)污水。特鋼生產(chǎn)工藝的提升為提高人們的生活品質(zhì)做出了巨大貢獻(xiàn)。但是特鋼生產(chǎn)后的廢水中的重金屬污染給環(huán)境帶來了巨大的壓力，廢水中含有的重金屬排入環(huán)境中很難通過生物降解，在生物體內(nèi)積聚達(dá)到一定量之后將破壞生物正常生理代謝功能，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。例如：鎳元素過量會(huì)使人中毒，頭發(fā)變白，粉末狀鎳與一氧化碳化合生成的四碳基鎳，通過呼吸道進(jìn)入體內(nèi)后可出現(xiàn)肺出血、浮腫、腦白質(zhì)出血、毛細(xì)血管壁脂肪變性并發(fā)生呼吸障礙以及呼吸系統(tǒng)癌癥等。

涉及鋼鐵生產(chǎn)加工的企業(yè)污水排放需要遵循的法規(guī)有《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB-8978-1996)、《鋼鐵業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13456-1992)和《中華人民共和國(guó)水污染防治法實(shí)施細(xì)則》（2003年3月20日）。《鋼鐵業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》按照生產(chǎn)工藝和廢水排放去向，分年限規(guī)定了鋼鐵工業(yè)廢水最低允許循環(huán)利用率、噸產(chǎn)品最高允許排水量、水污染物最高允許排放濃度。適用于鋼鐵工業(yè)的企業(yè)排放管理，以及建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收及其建成后的排放管理，其中規(guī)定的水污染物主要檢測(cè)項(xiàng)目有PH值、氟化物、總鎳標(biāo)和總鉻。

經(jīng)傳統(tǒng)環(huán)保設(shè)備處理后的特鋼生產(chǎn)形成的廢水，一般能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，但是其中的重金屬和氟的含量還是很高，如何降低特鋼生產(chǎn)后的廢水中的Ni等重金屬和氟化物的含量成為當(dāng)前特鋼生產(chǎn)行業(yè)面對(duì)的一個(gè)難題。

三、利用特鋼生產(chǎn)后的廢水進(jìn)行不銹鋼管材強(qiáng)化并降低廢水中重金屬和氟含量的原理

該創(chuàng)新方法基本過程如下：將不銹鋼管材加熱到950攝氏度-1050攝氏度，向不銹鋼管材噴淋經(jīng)過處理達(dá)到國(guó)家一級(jí)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的酸洗廢水，將該過程中噴淋后的廢水收集，并投入鹽酸，中和其PH值，最后排出。

具體操作方法如下：不銹鋼管材強(qiáng)化處理水溶液中含有鎳，鎳在水溶液噴淋是通過高溫處理附著在不銹鋼管材上，對(duì)不銹鋼管材表面的耐磨性和強(qiáng)度起到強(qiáng)化作用，而且水溶液中硫酸鋁主要起到的作用是對(duì)水中游離物質(zhì)（如鉻、鎳、氟化物）起到凝固作用（即絮凝劑），通過絮凝作用，有效地將鉻、鎳、氟化物歸集，通過高溫實(shí)現(xiàn)在不銹鋼管材上的附著，實(shí)現(xiàn)不銹鋼管材表面鈍化，增強(qiáng)不銹鋼管材的耐腐蝕性能和強(qiáng)度。

若同時(shí)加入工業(yè)鹽，由于工業(yè)鹽中以硝酸鈉為主含有少量氯化鈉，其中氯離子對(duì)鐵具有極強(qiáng)的腐蝕性，而且具有極強(qiáng)的滲透性、穿透力，反之，氯離子對(duì)鎳、鉻等物質(zhì)反應(yīng)不夠明顯。因此在高溫下噴淋時(shí)，工業(yè)鹽中的硝酸鈉和氯化鈉與部分被水帶走（尤其是氯離子大部分被帶走），從而在不銹鋼管材表面形成細(xì)微孔洞，這些細(xì)微孔洞在高溫下脹大，脹大的細(xì)微孔洞大部分被凝結(jié)一起的鎳或鉻占據(jù)，在熱脹冷縮的作用下，在噴淋時(shí)，不銹鋼管材收縮的同時(shí)也收縮了其中的細(xì)微孔洞。另外，鈉離子與鐵在高溫下同樣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在不銹鋼管材表面產(chǎn)生烤藍(lán)氧化反應(yīng)（即電鍍工藝中的發(fā)黑處理），又在表面增加了不銹鋼管材一層耐腐膜，使不銹鋼管材表面的強(qiáng)度、硬度也有增加。 當(dāng)這些廢水噴淋于高溫不銹鋼管材表面時(shí)，廢水中的鎳、氟和鐵微粒附著在不銹鋼管材表面，從而降低了廢水中鎳、氟和鐵微粒的含量，使其對(duì)環(huán)境的危害大大降低這種環(huán)保處理方法均借用不銹鋼管材加工中的設(shè)備和工藝步驟，在不投入大量環(huán)保設(shè)備成本、不降低生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高效率的環(huán)保處理。

四、特鋼生產(chǎn)后的廢水進(jìn)行不銹鋼管材強(qiáng)化，降低重金屬及氟含量的工藝創(chuàng)新 本創(chuàng)新工藝提供的循環(huán)利用特鋼生產(chǎn)后的廢水進(jìn)行不銹鋼管材強(qiáng)化方法、具體操作流程及配比如下：

1、收集特鋼生產(chǎn)過程中酸洗后形成的廢水，廢水經(jīng)環(huán)保設(shè)施處理后達(dá)到國(guó)家一級(jí)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，廢水PH控制在7.5-9，此環(huán)保設(shè)施系目前不銹鋼管材加工普遍采用的廢水環(huán)保處理設(shè)備，環(huán)保處理中包括加入堿，中和廢水PH值，屬現(xiàn)有技術(shù)范疇。

2、向加熱到950℃-1050℃的不銹鋼管材噴淋經(jīng)步驟1處理后的廢水，噴淋前基本達(dá)到或達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)廢水中必須再次添加適量的硫酸鋁、一定量的硝酸鈉、氫氧化鈉及亞硝酸鈉。管材烘焙噴淋爐溫度必須保持在900℃-1200℃之間恒溫，將需噴淋處理的管材控制在一定速度范圍內(nèi)前進(jìn)翻轉(zhuǎn)噴淋，使噴淋物質(zhì)更加均勻附著或滲入不銹鋼管材內(nèi)部。 焙燒噴淋爐前端噴淋系統(tǒng)采用“門”式三面一體的霧化噴淋系統(tǒng)，該噴淋系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能夠全面將液態(tài)物質(zhì)有效地、沒有一點(diǎn)遺漏空間地噴淋在每一根管材上。霧化后部分水在還沒有接觸到管材時(shí)就已經(jīng)變成水蒸氣、接觸管材的液態(tài)物質(zhì)部分水也變成了水蒸氣蒸發(fā)，剩下的物質(zhì)通過在高溫下反應(yīng)，或是高溫下鋼鐵催化反應(yīng)，進(jìn)行有效的吸附或形成其他物質(zhì)上的變化，不能反應(yīng)物質(zhì)將同多余的水一起回流循環(huán)利用系統(tǒng)中待再次被利用。

3、將步驟2中噴淋后的廢水收集，并投入鹽酸，中和其PH值，廢水PH值控制在6-9.最后排出。一般廢水在經(jīng)歷步驟2處理后，水分被大量蒸發(fā)，使廢水的堿性增強(qiáng)，一般PH值會(huì)達(dá)到9.5-10.5，加入鹽酸中和后使其PH值回落到6-9，從而可達(dá)到國(guó)家一級(jí)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。