[发明专利]用于在冶炼技术设备中回收能量的方法和基于热电偶的冶炼技术设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在冶炼技术设备中通过利用设备部件或产品的余热回收能量的方法。此外，本发明涉及一种冶炼技术设备。

背景技术

在冶炼厂范围中(也就是说在生产钢、铝和NE金属时)由工艺决定地积累大量废热，例如在熔炼生铁或直接还原的海绵铁时、在生产原钢(“精炼”，即在转炉过程中)时以及在复杂的介质处理(冷却水)中。冶金技术的产品还常常包含大量热。

尤其地，这适用于连铸设备和热轧带机组(Warmbandstrasse)，尤其在将板坯生产和加工成带材或卷圈(Coil)时，其中，在冷却铸坯(Gie?strang)以及板坯、钢坯(Knueppel)和/或卷圈时释放的热能积累。

在将钢从大约1570℃(液态)冷却到大约1200℃的中间温度时，在从连铸设备中流出时大约145 kWh/t的热能被从钢中提取。该热量大多未利用地流失到环境(空气和冷却水)处。

在热轧带设备中，至今为止板坯的余热在铸造之后被如此利用，使得板坯被直接轧制或者暖地或热地被置入炉中。由此，可节省许多加热能。对于热置入和直接置入的前提是在连铸设备和板坯炉地方附近。然而，这在较旧的设备中不总是存在。出于物流、表面检验、轧制程序规划等原因，仅仅产品的一部分被直接地或热地再加工。因此相应地，板坯通常在铸造之后在以空气流通的厂房中冷却并且在其继续运输之前被堆积。同样的适用于在卷圈中在卷绕之后存在的余热，其常常在卷圈库(Coillager)中在空气中冷却。

冶金设备的经济性很大程度上取决于其能量消耗。节省所应用的能量、但是还有余热的回收可改善设备的经济性。

在制钢的复杂的过程中余热量在不同的过程步骤中积累。其一方面特征在于其单位时间的焓(即在热流中)，另一方面在于温度，在该温度中该过程结束或能够可利用地捕获其能量。同时，为了利用能量，必须提供带有更小的温度的热沉。

在余热源处较大的带宽要求可改变规模的(skalierbar)设备，其可灵活地与积累的热量相匹配并且同时具有足够的效率以便还使其能够使用在更低的温度水平下的应用中。

在非常能够集中的工业分支(如金属工业、水泥工业或玻璃工业)中，越来愈多地执行通过将热转化成电能或利用过程热的余热利用。

还在制钢的领域中，从文件WO 2008/075870 A1中已知，在制造液态的铁时通过在流化床反应器(Wirbelbettreaktor)中的还原所积累的余热被导出用于产生高压蒸汽，然后例如通过其运行蒸汽涡轮用于产生电流。

在文件EP 0 044 957 B1中描述了一种用于再循环来自用于生产铸铁的化铁炉或相似的熔化装置的废气的潜在的和可感觉到的热的设备，为了获得以蒸汽和/或热水的形式的电能和/或热能。设备由带有燃烧器和两个以烟气流过的废热锅炉的热单元以及在产生电能时附加地以来自过热器的蒸汽供应的涡轮和交流发电机构成。

从文件DE 26 22 722 C3中已知一种用于紧接着上一轧制过程冷却热的钢锭的装置，在其中钢锭被竖立地(hochkant)放置在以平行的排布置的竖直的保持柱之间。由钢锭放射的热被布置在保持柱之间的带有冷却水流经的管束的冷却壁吸收并且用于产生蒸汽。

文件EP 0 027 787 B1描述了一用于在冷却腔中借助于利用鼓风机被带到与板坯表面直接接触的空气获得以连铸工艺铸造的板坯的可感觉到的热的设备。以该方式加热的空气然后在冷却腔之外用作加热介质，尤其用于在热力学的循环过程中所引导的循环介质。

尽管在冶炼厂范围中积累大量热，但是其利用常常不值得。一方面该能量在许多情况中过低地调温，另一方面其利用也要求“冷侧”的存在，因为用于获得能量的每个循环过程指示热降(W?rmegef?lle)(ΔT=T₀-T_u)。对于存在的热流dQ/dt，可利用的功率P计算成P=ηdQ/dt，其中，η为整个过程的效率。

该效率通过理想循环过程的卡诺效率来限制，其计算成η=(1-(T_u/T₀))。温度在此应以开氏温标应用。

过程温度T₀越高，卡诺效率也越大。在此，循环过程的效率通常为卡诺效率的近似恒定的部分。如上述示例所示，可利用不同的设备(例如蒸发器、涡轮或中间冷却部(Rückkühlung))来构建用于获取能量的循环过程。在此，水用作导热的介质。