Металлургические комбинаты с полным циклом имеют сложное водное хозяйство, включающее свыше 30 оборотных систем, оснащенных мощными насосными станциями,регулирующими емкостями, сооружениями по охлаждению и очистке воды. Оно должно бесперебойно снабжать потребителя водой надлежащего качества и в необходимом количестве, обеспечивать полную очистку производственных сточных вод для их повторного использования в производстве с извлечением полезных отходов. Следовательно, системы водоснабжения металлургических комбинатов должны быть замкнутыми.
Для выплавки 1 т металла на металлургическом комбинате с полным циклом расходуется 300—350 м3 воды, требования к'качеству которой диктуются технологией производства. Лимитируемыми показателями являются: температура воды, содержание взвешенных веществ и их дисперсность, карбонатная жесткость и солесодержание.
На металлургических комбинатах можно выделить пять групп водопотребителей:
1) коксовые и доменные печи, нагревательные печи прокатного производства, мартеновские и электроплавильные печи, конвертеры, конденсаторы на ТЭС и ПВС (паровоз-духодувные станции), оборудование компрессорных и кислородных станций, которым требуется вода с содержанием взвеси до 50 мг/л, температурой до 32 °С, с карбонатной жесткостью до 3 мг-экв/л;
2) кристаллизаторы установок непрерывной разливки стали, установки по охлаждению металла непосредственным поливом, некоторые виды электросталеплавильных печей, которым требуется вода с карбонатной жесткостью до 1 мг-экв/л; остальные требования к воде аналогичны указанным в п. 1;
3) установки по очистке загрязненного газа доменного, сталеплавильного и агломерационного производства, которым необходима вода с мутностью до 150 мг/л; остальные требования к воде аналогичны указанным в п. 1;
4) установки транспортирования отходов металлургического производства (окалины, шлаков, золы), не предъявляющие требований к температуре и солесодержанию воды и допускающие использование воды с мутностью до 300 мг/л;
5) различные санитарно-технические устройства, установки кондиционирования и охлаждения воздуха, производства пара, требующие подачи питьевой воды.
В систему водоснабжения металлургического комбината входят водозаборные сооружения, водоводы, разводящая сеть, восполняющая потери воды в оборотных циклах, система противопожарного водопровода, шламонакопители и хвостохранилища, охлаждающие и очистные сооружения, насосные станции, очистные сооружения дождевых стоков.
На выбор схемы водоснабжения металлургических комбинатов влияют: размер водопотребления, наличие и мощность водоисточников и их удаление от площадки завода, разность геодезических отметок уровня воды в источнике и заводской площадки. В современных условиях, когда решающее значение приобрели соображения экологии и рационального использования воды, применяют оборотные последовательные и замкнутые схемы водоснабжения металлургических предприятий.
Оборотные схемы становятся единственно возможными при недостаточных мощностях водоисточников и при наличии в обрабатываемой воде токсичных веществ, очистка от которых до ПДК водоема затруднена. Схема с последовательным использованием воды целесообразна при небольших расстояниях между предприятиями, сбрасывающими и использующими отработавшую воду. При этом отработавшая вода может подвергаться охлаждению и очистке или передаваться следующему потребителю без такой обработки. Применение замкнутых схем водоснабжения предприятий черной металлургии является оптимальным решением вопросов организации водного хозяйства, так как при этом исключается загрязнение водоисточников и достигается почти полное использование в производстве полезных отходов, извлеченных из сточных вод. Бессточные схемы позволяют использовать в производственном водоснабжении все стоки, отводимые с территории предприятия, сократив до минимума забор свежей воды из источника водопитания.
В коксохимическом производстве вода расходуется на углеобогащение, уплотнение сальников, охлаждение воздуходувок, подшипников насосов и пр. Общий расход воды на 1 т кокса составляет около 20 м3, а добавка свежей воды—порядка 3—5 %. Водоснабжение углеобогатительных фабрик оборотное, после осветления в отстойниках воду используют повторно. Для нужд этих фабрик подается технологическая и нагретая вода от теплообменной аппаратуры химических цехов. Необходимые восполнения потерь напора воды в системе на увлажнение угля, породы, шлака, на испарение, в отстойниках и шламонакопителях составляют 3 м3 на 1 т обогащаехмого угля.
При «мокром» охлаждении кокса в тушильных башнях, где он поливается водой, расход воды равен 3—4 м3 на 1 т кокса, при этом потери воды составляют около 0,5 м3. Нагретая до 60 °С вода с содержанием взвеси 0,2—0,3 кг/л осветляется в отстойниках и снова подается в оросительную систему тушильной башни.
Вода для охлаждения подшипников насосов, воздуходувок и других агрегатов поступает из регулирующей емкости через напорный резервуар, который обеспечивает равномерный забор «свежей» воды для оборотной системы. Охлаждение и конденсация химических продуктов производятся в закрытых теплообменных аппаратах трубчатого типа технической водой с содержанием взвеси до 50 мг/л и карбонатной жесткостью до 3 мг-экв/л. Из теплообменников нагретая вода под избыточным давлением поступает из градирни и затем снова в цикл. Потери воды в оборотной системе достигают 2 % расхода оборотной воды. Они восполняются из оборотной системы охлаждения газодувок, подшипников насосов и других агрегатов.
Водоснабжение агломерационных фабрик предназначено для подачи воды на следующие нужды: увлажнение сыпучих материалов в процессе их подготовки и транспортирования (используется вода любого качества); смыв и удаление мелкодисперсных шихтовых материалов из вентиляционных систем, оснащенных циклонами (мутность воды до 200 мг/л); очистка горячих загрязненных отходящих газов после системы спекания агломерата (используется вода с температурой до 30 °С и мутностью до 200 мг/л); охлаждение электродвигателей, сальников насосов, гидравлических систем и др. (требуется вода с температурой до 30 °С и мутностью до 50 мг/л). Суммарное водопотребление составляет до 70 м3 на 1 т агломерата, безвозвратные потери воды в оборотных циклах порядка 5—7 %.
Осветление сточных вод после газоочистки и вентиляционных систем производят в отстойниках, а охлаждение — на вентиляторных градирнях, откуда воду возвращают в оборотный цикл. Задержанный в отстойниках шлам используют в агломерационном процессе.
Водоснабжение металлургических печей предназначено для охлаждения кладки с целью предотвращения разрушения ее и преждевременного износа. Наибольшее распространение получили две системы охлаждения: водяное с использованием холодной воды и испарительное с отводом кипящей воды. Схема водяного охлаждения оборотная, вода проходит через холодильники, размещенные в охлаждаемой конструкции, и отбирает от нее тепло, нагреваясь до 40—50 °С. Расход воды зависит от температурного перепада, количества отводимого тепла и ее качества. После охлаждения в вентиляторных градирнях вода, смешанная со свежей, возвращается в оборот.
Система испарительного охлаждения, основанная на отборе теплоты горячей, водой, доводимой до кипения, предусматривает многократную циркуляцию и использование обессоленной и стабилизированной воды. Полученная при отборе тепла пароводяная смесь отводится в бак-сепаратор, где происходит разделение воды и пара, который используют на технологические нужды. Потери воды при отборе пара восполняют стабильной обессоленной водой. При использовании пара и возврате конденсата потери воды на 15 % меньше, чем при водяном охлаждении.
Водоснабжение доменного производства предусматривает подачу воды на охлаждение печей, грануляцию доменных шлаков, увлажнение шихты и пыли в пылеуловителях, транспортирование осевшей пыли из подбункерных помещений, охлаждение чугуна на разливочных машинах, питание электроподстанций и др. Схема водоснабжения доменного цеха металлургического завода оборотная, при этом сооружения водообеспечения располагают в непосредственной близости от технологических агрегатов, потребляющих воду. Обычно предусматривают несколько оборотных циклов, обслуживающих печь, газоочистку, вентиляторные системы. Расход воды доменного цеха около 18—20 % общезаводского водопотребления.