循环利用特钢生产后的废水提高不锈钢管材强度的工艺研究

一、传统不锈钢管材强化工艺

传统的不锈钢管材强化工艺有很多种。比较常见的方法有细化晶粒强化、马氏体强化、形变强化和形变-相变综合强化、脱溶强化、固溶强化等。每种强化的方法和工艺各有不同，强化之后对不锈钢管材的作用各有千秋，但是他们有一个共同点--工艺过程较为复杂，多数需要设备投入，如何获取一种低成本的不锈钢管材强化工艺是不锈钢管材行业一直在探索的问题。

二、现行特钢生产后的废水排放标准及潜在提升空间

特钢生产后的废水指特钢生产过程中各主辅生产工序排放的废水，包括冷却水、工艺设备直流用水、地坪冲洗及零星生产废水等所有生产性排水，但不包括生产污水。特钢生产工艺的提升为提高人们的生活品质做出了巨大贡献。但是特钢生产后的废水中的重金属污染给环境带来了巨大的压力，废水中含有的重金属排入环境中很难通过生物降解，在生物体内积聚达到一定量之后将破坏生物正常生理代谢功能，产生严重后果。例如：镍元素过量会使人中毒，头发变白，粉末状镍与一氧化碳化合生成的四碳基镍，通过呼吸道进入体内后可出现肺出血、浮肿、脑白质出血、毛细血管壁脂肪变性并发生呼吸障碍以及呼吸系统癌症等。

涉及钢铁生产加工的企业污水排放需要遵循的法规有《污水综合排放标准》（GB-8978-1996)、《钢铁业水污染物排放标准》（GB13456-1992)和《中华人民共和国水污染防治法实施细则》（2003年3月20日）。《钢铁业水污染物排放标准》按照生产工艺和废水排放去向，分年限规定了钢铁工业废水最低允许循环利用率、吨产品最高允许排水量、水污染物最高允许排放浓度。适用于钢铁工业的企业排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的排放管理，其中规定的水污染物主要检测项目有PH值、氟化物、总镍标和总铬。

经传统环保设备处理后的特钢生产形成的废水，一般能够达到国家规定的一级排放标准，但是其中的重金属和氟的含量还是很高，如何降低特钢生产后的废水中的Ni等重金属和氟化物的含量成为当前特钢生产行业面对的一个难题。

三、利用特钢生产后的废水进行不锈钢管材强化并降低废水中重金属和氟含量的原理

该创新方法基本过程如下：将不锈钢管材加热到950摄氏度-1050摄氏度，向不锈钢管材喷淋经过处理达到国家一级废水排放标准的酸洗废水，将该过程中喷淋后的废水收集，并投入盐酸，中和其PH值，最后排出。

具体操作方法如下：不锈钢管材强化处理水溶液中含有镍，镍在水溶液喷淋是通过高温处理附着在不锈钢管材上，对不锈钢管材表面的耐磨性和强度起到强化作用，而且水溶液中硫酸铝主要起到的作用是对水中游离物质（如铬、镍、氟化物）起到凝固作用（即絮凝剂），通过絮凝作用，有效地将铬、镍、氟化物归集，通过高温实现在不锈钢管材上的附着，实现不锈钢管材表面钝化，增强不锈钢管材的耐腐蚀性能和强度。

若同时加入工业盐，由于工业盐中以硝酸钠为主含有少量氯化钠，其中氯离子对铁具有极强的腐蚀性，而且具有极强的渗透性、穿透力，反之，氯离子对镍、铬等物质反应不够明显。因此在高温下喷淋时，工业盐中的硝酸钠和氯化钠与部分被水带走（尤其是氯离子大部分被带走），从而在不锈钢管材表面形成细微孔洞，这些细微孔洞在高温下胀大，胀大的细微孔洞大部分被凝结一起的镍或铬占据，在热胀冷缩的作用下，在喷淋时，不锈钢管材收缩的同时也收缩了其中的细微孔洞。另外，钠离子与铁在高温下同样产生化学反应，在不锈钢管材表面产生烤蓝氧化反应（即电镀工艺中的发黑处理），又在表面增加了不锈钢管材一层耐腐膜，使不锈钢管材表面的强度、硬度也有增加。 当这些废水喷淋于高温不锈钢管材表面时，废水中的镍、氟和铁微粒附着在不锈钢管材表面，从而降低了废水中镍、氟和铁微粒的含量，使其对环境的危害大大降低这种环保处理方法均借用不锈钢管材加工中的设备和工艺步骤，在不投入大量环保设备成本、不降低生产效率的基础上实现了高效率的环保处理。

四、特钢生产后的废水进行不锈钢管材强化，降低重金属及氟含量的工艺创新 本创新工艺提供的循环利用特钢生产后的废水进行不锈钢管材强化方法、具体操作流程及配比如下：

1、收集特钢生产过程中酸洗后形成的废水，废水经环保设施处理后达到国家一级废水排放标准，废水PH控制在7.5-9，此环保设施系目前不锈钢管材加工普遍采用的废水环保处理设备，环保处理中包括加入碱，中和废水PH值，属现有技术范畴。

2、向加热到950℃-1050℃的不锈钢管材喷淋经步骤1处理后的废水，喷淋前基本达到或达到国家一级排放标准废水中必须再次添加适量的硫酸铝、一定量的硝酸钠、氢氧化钠及亚硝酸钠。管材烘焙喷淋炉温度必须保持在900℃-1200℃之间恒温，将需喷淋处理的管材控制在一定速度范围内前进翻转喷淋，使喷淋物质更加均匀附着或渗入不锈钢管材内部。 焙烧喷淋炉前端喷淋系统采用“门”式三面一体的雾化喷淋系统，该喷淋系统的优势在于能够全面将液态物质有效地、没有一点遗漏空间地喷淋在每一根管材上。雾化后部分水在还没有接触到管材时就已经变成水蒸气、接触管材的液态物质部分水也变成了水蒸气蒸发，剩下的物质通过在高温下反应，或是高温下钢铁催化反应，进行有效的吸附或形成其他物质上的变化，不能反应物质将同多余的水一起回流循环利用系统中待再次被利用。

3、将步骤2中喷淋后的废水收集，并投入盐酸，中和其PH值，废水PH值控制在6-9.最后排出。一般废水在经历步骤2处理后，水分被大量蒸发，使废水的碱性增强，一般PH值会达到9.5-10.5，加入盐酸中和后使其PH值回落到6-9，从而可达到国家一级废水排放标准。