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Dokumentenidentifikation DE60117974T2 28.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001283912
Titel KÜHLSYSTEM FÜR METALLURGISCHEN OFEN
Anmelder Paul Wurth S.A., Luxemburg/Luxembourg, LU
Erfinder LY, Kien, Giang, L-1277 Luxembourg, LU;
SCHMELER, Robert, L-3592 Dudelange, LU
Vertreter OFFICE ERNEST T. FREYLINGER S.A., Strassen, LU
DE-Aktenzeichen 60117974
Vertragsstaaten AT, DE, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.04.2001
EP-Aktenzeichen 019381201
WO-Anmeldetag 17.04.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/EP01/04306
WO-Veröffentlichungsnummer 2001086005
WO-Veröffentlichungsdatum 15.11.2001
EP-Offenlegungsdatum 19.02.2003
EP date of grant 15.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.09.2006
IPC-Hauptklasse C21B 7/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen metallurgischen Ofen und insbesondere einen Hochofen.

Hintergrund der Erfindung

Bekannte Hochofenkühlsysteme sind Kühlwasserkreisläufe, in denen Kühlwasser durch elektrische Umwälzpumpen in einem geschlossenem Kreislauf zirkuliert wird. Die zu kühlenden Elemente des Hochofens (d.h. die Kühlplatten und Kühlkästen der Ofenwände, die Windformen und die Heißwindeinrichtung) werden in mehreren parallelen Zweigen oder Unterkreisläufen neu gruppiert, die hydraulisch ausgeglichen sind, so dass ein vorher bestimmter Kühlwasserstrom durch jeden Unterkreislauf zirkuliert. Eine gemeinsame Rücklaufleitung, die einen oder mehrere Wärmetauscher umfasst, schließt den Kühlkreislauf.

Bei einem Ausfall des elektrischen Stroms wird die Kühlung unterbrochen, da die elektrischen Umwälzpumpen nicht arbeiten. Zum Schutz der gekühlten Elemente vor Schäden wird in einem solchen Fall bekannterweise ein Notkühlsystem bereitgestellt. Ein solcher Notkühlkreislauf umfasst einen Hochbehälter, der an einer tragenden Konstruktion befestigt ist, die höher als der Hochofen ist. Eine für einen sehr geringen Druckabfall ausgelegte Notzulaufleitung verbindet diesen Hochbehälter mit dem Kühlwasserkreislauf des Hochofens und ist mit einem Notzulaufventil versehen. An der höchsten Stelle des geschlossenen Kühlkreislaufs ist ein Notkühlwasserüberlauf mit einem Notüberlaufventil vorgesehen. Bei Stromausfall öffnen das Notzulaufventil und das Notüberlaufventil. Die Schwerkraft drückt den im Hochbehälter enthaltenen Wasservorrat in den Kühlkreislauf des Hochofens. An der höchsten Stelle dieses Kühlkreislaufs wird das Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf durch das offene Notüberlaufventil in einen Aufnahmetank eingeleitet. Zusammengefasst gesagt: die Notkühlung erfolgt durch Schwerkraft in einem offenen Kreislauf, bis der Hochbehälter leer ist. Zum Wiederauffüllen des Hochbehälters ist eine Hochdruckpumpstation erforderlich. Da diese Hochdruckpumpstation normalerweise mit elektrischen Pumpen ausgestattet ist, kann der Wiederauffüllvorgang erst nach Ende des Stromausfalls erfolgen. Es ist anzumerken, dass das Kühlsystem ohne wirksame Notkühlfunktion ist, bis der Hochbehälter wiederaufgefüllt ist.

Zur Verkleinerung des Aufnahmevolumens des Nothochbehälters ist aus US-A-3,995,687 bekannt, dass im geschlossenen Kühlkreislauf eine Notpumpe mit einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. In diesem Fall reicht es theoretisch aus, wenn das Aufnahmevolumen des Hochbehälters so bemessen ist, dass die für den Start der Notpumpe benötigte Zeit überbrückt wird. Nach dem Start der Notpumpe werden das Notzulaufventil und das Notablassventil geschlossen, so dass das Kühlsystem wieder als geschlossener Kreislauf arbeitet.

Es ist anzumerken, dass ein solches Notkühlsystem ziemlich teuer ist. Bedeutende Kostenfaktoren sind nicht nur der Hochbehälter und dessen tragende Konstruktion, sondern auch die Notwasserleitung, die einen großen Durchmesser aufweist und mehrere hundert Meter lang sein kann. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Notpumpe die Kosten des Hochbehälters selbst mit senken kann, doch dies hat natürlich keinen Einfluss auf die Kosten für die Notwasserleitung mit dem großen Durchmesser.

Es ist auch gut bekannt, dass der Frostschutz für den Hochbehälter und die Zulaufleitung bis zum Notzulaufventil oft große Probleme verursacht. Darüber hinaus werden die Kühlkreisläufe des Hochofens nach einem Einleiten von Notwasser verunreinigt, da das Notwasser häufig feste Korrosionspartikel und Algen enthält. Demzufolge müssen die Kühlkreisläufe nach jedem Einleiten von Notwasser gründlich gespült werden. Dies ist besonders hinderlich, wenn kurze Stromausfälle häufig auftreten, die ein Einleiten des Notkühlsystems auslösen.

Ziel der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlsystem für einen metallurgischen Ofen bereitzustellen, das preiswerter, aber dennoch zuverlässiger als bestehende Kühlsysteme von metallurgischen Öfen ist. Dieses Problem wird durch ein Kühlsystem nach Anspruch 1 gelöst.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für einen metallurgischen Ofen umfasst einen Kühlkreislauf, der einen Einlass und einen Auslass für Kühlwasser umfasst. Eine Rücklaufleitung verbindet den Auslass mit dem Einlass, um einen geschlossenen Kühlkreislauf mit mindestens einer Umwälzpumpe zu bilden, die das Kühlwasser durch diesen geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Eine Notzulaufleitung mit einem Notzulaufventil ist mit dem Einlass des Kühlkreislaufs verbunden. Dieses Notzulaufventil öffnet bei Stromausfall. Der geschlossene Kühlkreislauf ist an seiner höchsten Stelle mit einem Notüberlaufventil versehen, das bei Stromausfall öffnet, so dass aus dem geschlossenen Kühlkreislauf ein offener Kühlkreislauf wird, der an seiner höchsten Stelle zum Atmosphärendruck hin ablässt. Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Notwasser-Hochbehälter durch ein Druckbehältermittel ersetzt, das mit der Notzulaufleitung verbunden ist. Dieses Druckbehältermittel enthält ein bestimmtes Notwasservolumen, das durch ein unter Druck stehendes Gas mit Druck beaufschlagt wird. Der Gasdruck im Druckbehältermittel gewährleistet, dass in Richtung des Notüberlaufventils ein Notwasserstrom durch den offenen Kühlkreislauf entsteht, wenn das Notzulaufventil und das Notüberlaufventil bei Stromausfall öffnen. Es versteht sich, dass ein solcher Kühlkreislauf eine Lösung für einen lange bestehenden Bedarf nach einem mit einer Notkühlfunktion versehenen Kühlsystem für metallurgische Öfen und insbesondere Hochöfen darstellt, die preiswerter als die Lösung mit dem Hochbehälter, aber dennoch zuverlässiger ist. Da das Druckbehältermittel nicht an einem Stützturm befestigt werden muss, der höher als der Hochofen ist, kann es weitaus näher am Hochofen angeordnet sein, so dass die Notzulaufleitung kürzer wird. Ferner kann man den Durchmesser der Notzulaufleitung reduzieren, weil: (1) diese Leitung kürzer ist; und (2) ein höherer Druckabfall in dieser Leitung leichter durch einen höheren Gasdruck im Druckbehältermittel ausgeglichen werden kann. Daraus folgt, dass man in Bezug auf die Kosten der Notzulaufleitung beträchtliche Einsparungen erzielen kann. Weitere Kostensenkungen ergeben sich aus der Tatsache, dass eine Hochdruckpumpstation, die zum Wiederauffüllen eines Hochbehälters benötigt wird, überflüssig ist. Das Druckbehältermittel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems kann in der Tat ohne weiteres wieder aufgefüllt werden, wenn der Behälter nicht mit Druck beaufschlagt ist, so dass keine Hochdruckpumpstation benötigt wird. Nach dem Wiederauffüllen mit Wasser kann das Druckbehältermittel wieder mit Druck beaufschlagt werden, indem ein unter Druck stehendes Gas eingespritzt wird. Es versteht sich, dass in einem Hochofen oder Stahlwerken unter Druck stehender Stickstoff normalerweise in den erforderlichen Mengen und mit dem erforderlichen Druck zur Verfügung steht, um das Druckbehältermittel schnell mit Druck zu beaufschlagen. Mit dem erfindungsgemäßen System ist es demnach möglich, zwei oder mehr aufeinander folgende Einleitungen von Notwasser bereitzustellen, um die Zeiträume bis zum Ende des Stromausfalls oder bis zum Start einer Notpumpe oder eines Notstromaggregats zu überbrücken. Der Wasservorrat im Druckbehältermittel kann daher weitaus geringer als in einem Hochbehälter sein. Es versteht sich ferner, dass der Frostschutz bei einem Druckbehältermittel, das bodennah und nahe dem Kühlkreislauf angeordnet ist, leichter ist als bei einem hohen Hochbehälter, der weiter vom Hochofen entfernt ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass bedingt durch das unter Druck stehende Gas (normalerweise Stickstoff) im Druckbehältermittel vermieden wird, dass das Notwasser mit der Atmosphäre in Berührung kommt, was wiederum im Hinblick auf die Wasserqualität und Korrosionsprobleme von Vorteil ist. Demzufolge kann man erwarten, dass das Notwasser aus dem Druckbehältermittel normalerweise frei von festen Korrosionspartikeln und Algen ist und dass eine Verunreinigung von Kühlkreisläufes nach Einleiten von Notwasser die Ausnahme bleibt.

Gemäß einem anderen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Druckbehältermittel nicht nur als druckbeaufschlagter Notwasservorrat verwendet, sondern auch als druckbeaufschlagter Zusatzwasservorrat, der vorteilhafterweise einen Zusatzwasservorrat und eine Zusatzwasserpumpe ersetzt. In diesem Fall umfasst das System ferner eine Zusatzwassereinspritzleitung mit einem Zusatzwassereinspritzventil, die zwischen dem geschlossenen Kühlkreislauf und dem Druckbehälter angeschlossen ist, um so unter Druck stehendes Notwasser aus dem Druckbehälter als Zusatzwasser in den geschlossenen Kühlkreislauf einspritzen zu können. Diese Lösung bietet nicht nur wesentliche Kostenvorteile, sondern gewährleistet auch, dass der Notwasservorrat regelmäßig erneuert wird, was sich natürlich positiv auf die Qualität des Wassers im Behälter auswirkt.

Das Druckbehältermittel ist normalerweise versehen mit: einer Gasleitung und einem Gaszufuhrventil, um ein unter Druck stehendes Gas in das Druckbehältermittel zu leiten; einer Zusatzwasserleitung und einem Zusatzwasserventil, um das Druckbehältermittel mit Zusatzwasser zu versorgen; und einer Entlüftungsleitung und einem Entlüftungsventil, um den Gasdruck aus dem Druckbehältermittel abzulassen.

Zur Einsparung von Zusatzwasser und zur Verkürzung der Wiederauffüllzeit des Druckbehältermittels umfasst das Kühlsystem vorteilhafterweise ein Sammelbehältermittel, das höher als der Druckbehälter angeordnet ist, um das durch das offene Notüberlaufventil fließende Kühlwasser aufzunehmen, und eine Notwasserrücklaufleitung mit einem Notwasserrücklaufventil, die das Sammelbehältermittel mit dem Druckbehältermittel verbindet.

Zur Senkung des Gasdrucks im Druckbehältermittel kann Letzteres einen Druckbehälter umfassen, der in einer bestimmten Höhe über dem Boden angeordnet ist, beispielsweise an der Oberseite eines Winderhitzers.

Um die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Einleitvorgängen zu reduzieren und dadurch die Notkühlung noch zuverlässiger zu machen, umfasst das Druckbehältermittel vorteilhafterweise einen ersten und einen zweiten Druckbehälter, die parallel an die Notzulaufleitung angeschlossen sind. Dieses Kühlsystem umfasst dann ferner: eine erste Gasleitung, die durch ein erstes Gasventil mit dem ersten Druckbehälter verbunden ist, um ein unter Druck stehendes Gas in den ersten Druckbehälter zu leiten; eine zweite Gasleitung, die durch ein zweites Gasventil mit dem zweiten Druckbehälter verbunden ist, um ein unter Druck stehendes Gas in den zweiten Druckbehälter zu leiten; eine erste Entlüftungsleitung mit einem ersten Entlüftungsventil, um den ersten Druckbehälter zu entlüften; eine zweite Entlüftungsleitung mit einem zweiten Entlüftungsventil, um den zweiten Druckbehälter zu entlüften; eine Notwasserrücklaufleitung, die das durch das offene Notüberlaufventil fließende Kühlwasser aufnimmt; ein erstes Notwasserrücklaufventil, das die Notwasserrücklaufleitung mit dem ersten Druckbehälter verbindet; ein zweites Notwasserrücklaufventil, das die Notwasserrücklaufleitung mit dem zweiten Druckbehälter verbindet; und eine Druckausgleichsleitung mit einem Druckausgleichsventil, die zwischen dem ersten und zweiten Druckbehälter angeschlossen ist. Dieses System erlaubt, dass nach aufeinander folgenden Noteinleitungen zumindest ein Teil des zur Druckbeaufschlagung verwendeten Gases zurückgewonnen und dadurch die Zeit verkürzt werden kann, die nach einem Einleiten für den erneuten Druckaufbau im Druckbehältermittel benötigt wird. Es ermöglicht die Überbrückung der Zeiträume bis zum Ende des Stromausfalls oder bis zum Start einer Notpumpe oder eines Notstromaggregats durch aufeinander folgende Einleitungen von Notwasser aus dem ersten und zweiten Druckbehälter. Folglich kann man die beiden Druckbehälter so konstruieren, dass sie ein relativ kleines Notwasservolumen enthalten, ohne dass die Zuverlässigkeit und Effizienz der Notkühlfunktion beeinträchtigt wird.

Es versteht sich ebenfalls, dass die vorliegende Erfindung eine Hochofenkühlkreislauf-Konstruktion vorsieht, die eine wesentliche Senkung der Leitungskosten ermöglicht. Ein solcher Hochofenkühlkreislauf umfasst mindestens einen ersten Unterkreislauf, der über mindestens eine Druckerhöhungspumpe mit einem zweiten Unterkreislauf verbunden ist.

Ein anderer wichtiger Aspekt ist ein geschlossener Expansionsbehälter, der an den geschlossenen Kühlkreislauf angeschlossen ist, wobei der geschlossene Expansionsbehälter von einem Gas mit Druck beaufschlagt wird. Diese Lösung erlaubt eine bessere Druckregelung und wirkt sich positiv auf die Wasserqualität aus.

Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem umfasst normalerweise mehrere elektrische Umwälzpumpen und mindestens eine Notpumpe, die durch eine parallel zu den elektrischen Umwälzpumpen eingebaute Wärmekraftmaschine angetrieben wird. Alternativ kann es auch ein Notstromaggregat umfassen, um mindestens eine der elektrischen Umwälzpumpen anzutreiben.

Kurze Beschreibung der Zeichungen

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: ein grundlegendes Kreislaufdiagramm einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems für einen Hochofen; und

2: ein grundlegendes Kreislaufdiagramm einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems für einen Hochofen.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 10 einen Hochofenkühlkreislauf, der einen Einlass 12 und einen Auslass 14 für das Kühlwasser umfasst. Dieser Kühlkreislauf 10 gruppiert die zu kühlenden Elemente des Hochofens neu, d.h. die Kühlplatten und Kühlkästen der Ofenwände, die Windformen und die Heißwindeinrichtung. Eine Rücklaufleitung 16 verbindet den Auslass 14 mit dem Einlass 12, um so einen geschlossenen Kühlkreislauf zu bilden. Nahe dem Auslass 14 an der Oberseite des Hochofens enthält die Rücklaufleitung 16 einen Entgaser 18, in dem das erwärmte Kühlwasser im Wesentlichen von Gas befreit wird. An dieser höchsten Stelle des Kühlwasserkreislaufs 10 ist auch ein geschlossener Expansionsbehälter 20 angeordnet, der über eine Leitung 22 und ein Ventil 24 von einem unter Druck stehenden Gas (beispielsweise N2) mit Druck beaufschlagt werden kann. Dieses Gas gewährleistet mit, dass der Druck im Kühlkreislauf ausreichend hoch ist, so dass nicht das Risiko besteht, dass das Kühlwasser im Kühlkreislauf 10 verdampft. Der Expansionsbehälter 20 ist darüber hinaus mit Niedrig- und Hochwasser-Grenzstandsschaltern und Alarmvorrichtungen 21 versehen.

Das erwärmte Kühlwassser fließt durch die Rücklaufleitung 16 in eine Rückkühlanlage 25, die beispielsweise zwei parallel eingebaute Wärmetauscher umfasst. Stromabwärts der Rückkühlanlage 25 sind drei elektrische Umwälzpumpen 26, 26', 26'' parallel in die Rücklaufleitung 16 eingebaut. Jede dieser elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' kann beispielsweise 50% der Nenndurchflussmenge des Kühlwassers liefern, für die der Kühlkreislauf ausgelegt wurde. Mit anderen Worten: nur zwei der drei Umwälzpumpen 26, 26', 26'' müssen arbeiten, um den Nenndurchfluss des Kühlwassers des Kühlkreislaufs 10 zu liefern. Die Pumpe 28 ist eine Notumwälzpumpe, die von einer Wärmekraftmaschine angetrieben wird. Diese Notumwälzpumpe 28 startet bei einem Stromausfall und ist generell für die Lieferung eines Notkühlwasserflusses ausgelegt, der geringer als die Nenndurchflussmenge des Kühlwassers des Kühlkreislaufs 10 ist. Es ist anzumerken, dass jede Pumpe durch ein Rückschlagventil 30 vor Rückfluss des Kühlwassers geschützt ist.

Das Kühlsystem umfasst einen Notwasserkreislauf, der in 1 allgemein durch das Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist. Dieser Notwasserkreislauf 32 umfasst einen Druckbehälter 34, der über eine Notzulaufleitung 36, die ein Notzulaufventil 38 und ein Rückschlagventil 40 umfasst, mit dem Einlass 12 des Kühlkreislaufs 10 verbunden ist, d.h. an der Druckseite der Pumpen 26, 26', 26'' und 28. Der Druckbehälter 34 ist vorteilhafterweise in einer Höhe H1 über dem Bodenniveau befestigt, die jedoch niedriger als die höchste Stelle des Kühlkreislaufs 10 ist. Er kann beispielsweise so an der Oberseite der Winderhitzer des Hochofens befestigt sein, dass kein Stützturm erforderlich ist. Der Druckbehälter 34 kann von einem unter Druck stehenden Gas (beispielsweise N2) durch eine Gasleitung 42 druckbeaufschlagt werden, die ein Druckminderventil 43, ein Gaszufuhrventil 44 und ein Rückschlagventil 46 umfasst. Der Druckbehälter 34 ist ferner mit einer Entlüftungsleitung 48 mit einem Entlüftungsventil 50 versehen, die den Druckbehälter 34 entlüften. Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet ein Sicherheitsventil zum Schutz der Druckbehälters 34 vor Drücken, die seinen Nenndruck überschreiten. Eine Zusatzwasserleitung 54 mit einem Zusatzwasserventil 56 und einem Rückschlagventil 58 ermöglicht die Versorgung des Druckbehälters 34 mit Zusatzwasser. Eine Ablassleitung 60 mit einem Ablassventil 62 ermöglicht, dass gegebenenfalls aus dem Druckbehälter 34 in eine Abwasserleitung 64 abgelassen wird.

Der Notwasserkreislauf 32 umfasst ferner einen Notüberlauf 66 mit einem Notüberlaufventil 68, das ein Öffnen des geschlossenen Kühlkreislaufs an dessen höchster Stelle zum Atmosphärendruck hin ermöglicht. In 1 befindet sich diese Atmosphärendruck-Ablassstelle in der Höhe H2 über Bodenniveau, wobei H2 weitaus höher als H1 ist. Es ist eine Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen, um das durch das offene Überlaufventil 68 fließende Wasser aufzunehmen. Diese Notwasserrücklaufleitung 70 ist über ein Notwasserrücklaufventil 72 und ein Rückschlagventil 74 mit dem Druckbehälter 34 verbunden. Das Bezugszeichen 76 kennzeichnet einen Abschnitt der Notwasserrücklaufleitung 70, der stromaufwärts des Notwasserrücklaufventils 72 angeordnet und als Sammelbehälter für ein Wasservolumen ausgelegt ist, das dem im Druckbehälter 34 enthaltenen Notwasservolumen entspricht. Zwischen dem Expansionsbehälter 20 und dem Druckbehälter 34 ist eine Wasserstandseinstellleitung 84 mit einem Wasserstandseinstellventil 86 und einem Rückschlagventil 88 angeschlossen.

Der Notwasserkreislauf 32 von 1 arbeitet wie folgt: In einem für eine Noteinleitung bereiten Notwasserkreislauf 32 enthält der Druckbehälter 34 ein Volumen Vw des Notwassers 80 und ein Volumen Vg des unter Druck stehenden Gases 82 bei einem Druck Pg, der bei dem Druckminderventil 43 voreingestellt ist. Alle Ventile, die an den mit dem Druckbehälter 34 verbundenen Leitungen angeordnet sind, sind mit Ausnahme des Gaszufuhrventils 44 geschlossen. Das Gleiche gilt für das Notzulaufventil 38 und das Notüberlaufventil 68. Bei einem Ausfall der Stromversorgung der elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' öffnen das Notzulaufventil 38 und das Notüberlaufventil 68, und das Gasventil 24 am Expansionsbehälter 20 schließt. Es ist anzumerken, dass die Ventile 38, 68 vorteilhafterweise Ventile sind, die normalerweise offen sind, d.h. Ventile, die öffnen, wenn sie nicht mit Strom versorgt werden. Der Kühlkreislauf 10 ist jetzt ein offener Kreislauf mit einer Atmosphärendruck-Ablassstelle am Überlaufventil 68. In diesem offenen Kreislauf 10 entsteht ein Notwasserstrom, natürlich vorausgesetzt, dass der als Wasserhöhe ausgedrückte Gasdruck Pg im Druckbehälter 34 größer ist als die Differenz zwischen der Höhe H2 und dem Wasserstand im Druckbehälter 34. Das durch das Überlaufventil 68 abgelassene Wasser wird im Sammelbehälter 76 stromaufwärts des geschlossenen Notwasserrücklaufventils 72 aufgenommen. Da der Wasserstand im Druckbehälter 34 sinkt, wird der Druckbehälter 34 mit Stickstoff bei einem Druck Pg befüllt, der am Druckminderventil 43 voreingestellt ist.

Ein erfolgreicher Start der Notumwälzpumpe 28 oder ein Neustart der normalen Pumpen 26, 26', 26'' löst das Schließen des Gaszufuhrventils 44, des Notzulaufventils 38 und des Notüberlaufventils 68 sowie das Öffnen des Gasventils 24 aus. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser in den Druckbehälter 34 eingeleitet wird. Das Kühlsystem ist jetzt wieder ein geschlossener Kreislauf unter normalen Betriebsbedingungen. Danach wird der Notwasserkreislauf 32 auf das nächste Einleiten vorbereitet. Zu diesem Zweck werden zuerst das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 des Druckbehälters 32 geöffnet. Das Überlaufwasser, das im Sammelbehälter 76 aufgenommen wurde, fließt nun in den Druckbehälter 34. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser in den Druckbehälter 34 ausgelassen wird. Danach werden das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 wieder geschlossen. Das Gaszufuhrventil 44 wird jetzt erneut geöffnet, um den Druckbehälter 34 bei dem Druck Pg mit Druck zu beaufschlagen. Sobald der Druck Pg erreicht ist, kann wieder – wie oben beschrieben – aus dem Druckbehälter 34 eingeleitet werden.

Wenn der Wasserstand im Druckbehälter 34 seine Tiefstandgrenze (LSL) erreicht, bevor die Notumwälzpumpe 28 gestartet hat, löst dieses Ereignis das Schließen des Gaszufuhrventils 44 und des Notzulaufventils 38 aus. Das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 des Druckbehälters 34 werden dann geöffnet, damit sie das Überlaufwasser aus dem Sammelbehälter 76 in den Druckbehälter 34 fließen lassen. Anschließend werden das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 wieder geschlossen. Das Gaszufuhrventil 44 wird jetzt wieder geöffnet, um den Druckbehälter 34 bei dem Druck Pg mit Druck zu beaufschlagen. Sobald der Druck Pg erreicht ist, wird ein zweites Mal aus dem Druckbehälter 34 eingeleitet, indem einfach das Notzulaufventil 38 geöffnet wird. Es versteht sich, dass solche aufeinander folgenden Einleitungen aus dem Druckbehälter 34 wiederholt werden, bis die Notumwälzpumpe 28 oder die normalen Pumpen 26, 26', 26'' schließlich starten.

Es versteht sich, dass der Druckbehälter 34 nicht nur als druckbeaufschlagter Notwasservorrat dient, sondern bei normalem Betrieb auch als druckbeaufschlagter Zusatzwasservorrat, der vorteilhafterweise einen Zusatzwasservorrat und eine Zusatzwassersaugpumpe ersetzt. Eine Zusatzwassereinspritzleitung 90 mit einem Zusatzwassereinspritzventil 92 und einem Rückschlagventil 94 ist von der Notzulaufleitung abgezweigt und an der Saugseite der Pumpen 26, 26', 26'' und 28 mit der Kühlwasserrücklaufleitung 16 verbunden. Dies ermöglicht gegebenenfalls das Einspritzen von unter Druck stehendem Notwasser aus dem Druckbehälter 34 als Zusatzwasser in den geschlossenen Kühlkreislauf.

Es wird nun anhand von 2 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems für einen Hochofen beschrieben.

Das Kühlsystem von 2 unterscheidet sich hauptsächlich dadurch vom Kühlsystem von 1, dass das Notkühlsystem 32' einen zweiten Druckbehälter 34' umfasst, der parallel zum Druckbehälter 34 angeordnet ist, der nachfolgend als erster Druckbehälter 34 bezeichnet wird. Beide Druckbehälter 34, 34' sind diesmal auf Bodenniveau angeordnet. Eine Gasleitung 42 ist durch ein erstes Gasventil 44 und ein erstes Rückschlagventil 46 mit dem ersten Druckbehälter 34 und durch ein zweites Gasventil 44' und ein zweites Rückschlagventil 46' mit dem zweiten Druckbehälter 34' verbunden. Der erste Druckbehälter 34 ist mit einer ersten Entlüftungsleitung 48 mit einem ersten Entlüftungsventil 50 versehen, während der zweite Druckbehälter 34' mit einer zweiten Entlüftungsleitung 48' mit einem zweiten Entlüftungsventil 50' versehen ist. Eine Notwasserrücklaufleitung 70 nimmt das Kühlwasser auf, das durch das offene Notüberlaufventil 68 strömt. Ein erstes Notwasserrücklaufventil 72 und ein Rückschlagventil 74 sind in einem ersten Zweig der Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen, der mit dem ersten Druckbehälter 34 verbunden ist. Ein zweites Notwasserrücklaufventil 72' und ein Rückschlagventil 74' sind in einem zweiten Zweig der Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen, der mit dem zweiten Druckbehälter 34' verbunden ist. Zwischen dem ersten Druckbehälter 34 und dem zweiten Druckbehälter 34' ist eine Druckausgleichsleitung 100 mit einem Druckausgleichsventil 102 angeschlossen. Ein Notzulaufventil 38 ist in dem Zweig vorgesehen, der den ersten Druckbehälter 34 mit der Notzulaufleitung 36 verbindet, während ein Notzulaufventil 38' in dem Zweig vorgesehen ist, der den zweiten Druckbehälter 34' mit der Notzulaufleitung 36 verbindet. Beide Notzulaufventile 38, 38' werden durch ein Rückschlagventil 104, 104' doppelt unterstützt.

Der Notwasserkreislauf 32' von 2 arbeitet wie folgt: Der erste Druckbehälter 34 ist für ein Noteinleiten bereit, d.h. er enthält ein Volumen Vw des Notwassers 80 und ein Volumen Vg des unter Druck stehenden Gases 82 bei einem Druck Pg. Alle Ventile, die an den mit dem ersten Druckbehälter 34 verbundenen Leitungen angeordnet sind, sind mit Ausnahme des Gaszufuhrventils 44 geschlossen. Das Gleiche gilt für das Notzulaufventil 38 und das Notüberlaufventil 68 sowie für alle Ventile, die an den mit dem zweiten Druckbehälter 34' verbundenen Leitungen angeordnet sind. Bei einem Ausfall der Stromversorgung der elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' öffnen folgende Ventile:

  • 1. das Notzulaufventil 38;
  • 2. das Notüberlaufventil 68;
  • 3. das Entlüftungsventil 50' des zweiten Druckbehälters 34'; und
  • 4. das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten Druckbehälters 34'.

Der Kühlkreislauf 10 ist jetzt ein offener Kreislauf mit einer Atmosphärendruck-Ablassstelle am Überlaufventil 68. In diesem offenen Kreislauf 10 entsteht – wie vorstehend beschrieben – ein Notwasserstrom. Es ist jedoch anzumerken, dass das Wasser, das durch das Überlaufventil 68 abgelassen wird, jetzt in den zweiten Druckbehälter 34' statt in den Sammelbehälter 76 fließt.

Ein erfolgreicher Start der Notumwälzpumpe 28 oder ein Neustart der normalen Pumpen 26, 26', 26'' löst das Schließen des Gaszufuhrventils 44, des Notzulaufventils 38 und des Notüberlaufventils 68 sowie das Öffnen des Gasventils 24 aus. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das überschüssige Wasser im Expansionsbehälter 20 in den zweiten Druckbehälter 34' eingeleitet wird. Das Kühlsystem ist jetzt wieder ein geschlossener Kreislauf unter normalen Betriebsbedingungen.

Danach wird der zweite Druckbehälter 34' auf das nächste Einleiten vorbereitet. Zuerst werden das Entlüftungsventil 50' und das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten Druckbehälters 34' geschlossen. Dann wird das Druckausgleichsventil 102 geöffnet, so dass unter Druck stehendes Gas vom ersten Druckbehälter 34 in den zweiten Druckbehälter 34' strömt, bis der Druckausgleich vollzogen ist. Es versteht sich, dass dieser Druckausgleich eine sehr schnelle Druckbeaufschlagung des zweiten Druckbehälters 34' ermöglicht, indem unter Druck stehendes Gas aus dem ersten Druckbehälter 34 rückgewonnen wird. Nach dem Druckausgleich schließt das Druckausgleichsventil 102 wieder, und das zweite Gaszufuhrventil 44' wird geöffnet, um den erforderlichen Druck Pg im zweiten Druckbehälter 34' aufzubauen. Gleichzeitig werden das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 des ersten Druckbehälters 34 geöffnet, um den ersten Druckbehälter 34 auf die Aufnahme des Überlaufwassers vorzubereiten. Das Notkühlsystem 32' ist jetzt für ein Noteinleiten aus dem Druckbehälter 34' bereit, wobei das Überlaufwasser im Druckbehälter 34 aufgenommen wird.

Wenn bei einem Noteinleiten aus dem Druckbehälter 34 der Wasserstand im Druckbehälter 34 seine Tiefstandgrenze (LSL) erreicht, bevor die Notumwälzpumpe 28 starten konnte, löst dieses Ereignis das Schließen des Gaszufuhrventils 44 und des Notzulaufventils 38 aus. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser in den zweiten Druckbehälter 34' eingeleitet wird. Danach wird der zweite Druckbehälter 34' auf ein sofortiges Einleiten vorbereitet. Zuerst werden das Entlüftungsventil 50' und das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten Druckbehälters 34' geschlossen. Anschließend wird das Druckausgleichsventil 102 geöffnet, so dass unter Druck stehendes Gas vom ersten Druckbehälter 34 in den zweiten Druckbehälter 34' strömen kann. Nach dem Druckausgleich der beiden Druckbehälter 34 und 34' schließt das Druckausgleichsventil 102 wieder, und das zweite Gaszufuhrventil 44' wird geöffnet, um den erforderlichen Druck Pg im zweiten Druckbehälter 34' aufzubauen. Gleichzeitig werden das Entlüftungsventil 50 und das Notwasserrücklaufventil 72 des ersten Druckbehälters 34 geöffnet. Aus dem Druckbehälter 34' wird nun eingeleitet, indem einfach das Notzulaufventil 38' geöffnet wird, wobei das Überlaufwasser in den Druckbehälter 34 zurückfließt. Es versteht sich, dass solche sich abwechselnden Einleitungen aus dem Druckbehälter 34 und dem Druckbehälter 34' wiederholt werden, bis die Notumwälzpumpe 28 oder die normalen Pumpen 26, 26', 26'' schließlich starten.

2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Kühlkreislaufs 10. Verschiedene Unterkreisläufe 110 bis 120 werden durch Rechtecke dargestellt.

Es ist anzumerken, dass ein dem Stand der Technik entsprechender Hochofen mindestens zwei verschiedene geschlossene Kühlkreisläufe umfasst hätte, wobei der Unterkreislauf 110 (der beispielsweise Kühlplatten und Kühlkästen der Ofenwände neu gruppiert) in den ersten geschlossenen Kühlkreislauf integriert worden wäre und die Unterkreisläufe 112 bis 120 (die beispielsweise die Windformen und die Heißwindeinrichtung neu gruppieren) in den zweiten geschlossenen Kühlkreislauf integriert worden wären. Jeder der geschlossenen Kühlkreisläufe hätte seine eigenen Umwälzpumpen 26, 28 und Wärmetauscher 24 umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Hochofen einen geschlossenen Hauptkühlkreislauf, in dem der Unterkreislauf 110 hintereinander angeordnet mit den Unterkreisläufen 112 bis 120 verbunden ist. Die Druckerhöhungspumpen 122 und 124, die zwischen dem Unterkreislauf 110 und den Unterkreisläufen 112 bis 120 angeschlossen sind, gleichen Druckabfälle im stromaufwärtigen Unterkreislauf 110 aus und gewährleisten, dass das Kühlwasser den erforderlichen Druck am Einlass der stromabwärtigen Unterkreisläufe 112 bis 120 aufweist. Eine solche Kreislaufauslegung mit Druckerhöhungspumpen, die Unterkreisläufe hintereinander verbinden, ermöglicht eine wesentliche Senkung der Leitungskosten des Hochofenkühlkreislaufs. Es ist ferner anzumerken, dass jeder der Unterkreisläufe 110120 mit verschiedenen Durchflussmessern 126 bis 138 versehen ist, die selbst kleine Kühlwasserlecks im Kühlkreislauf 10 erkennen und lokalisieren können.


Anspruch[de]
  1. Kühlsystem für einen metallurgischen Ofen, umfassend:

    einen Kühlkreislauf (10), der einen Einlass (12) und einen Auslass (14) für Kühlwasser umfasst;

    eine Rücklaufleitung (16), die den Auslass mit dem Einlass (12) verbindet, um so einen geschlossenen Kühlkreislauf (10) zu bilden; und

    mindestens eine Umwälzpumpe (26, 26', 26'') in dem geschlossenen Kühlkreislauf (10), um Kühlwasser dadurch zu zirkulieren;

    eine Notzulaufleitung (36) mit einem Notzulaufventil (38, 38'), die mit dem Einlass (12) des Kühlkreislaufs (10) verbunden ist, wobei das Notzulaufventil (38, 38') bei einem Stromausfall öffnet; und

    einen Notüberlauf (66) mit einem Notüberlaufventil (68) an der höchsten Stelle des geschlossenen Kühlkreislaufs (10), wobei das Notüberlaufventil (68) bei einem Stromausfall öffnet, so dass der geschlossene Kühlkreislauf (10) ein offener Kühlkreislauf (10) mit einem Atmosphärendruck-Ablass an seiner höchsten Stelle wird;

    gekennzeichnet durch

    ein Druckbehältermittel (34, 34'), das mit der Notzulaufleitung (36) verbunden ist, wobei das Druckbehältermittel (34, 34') ein bestimmtes Volumen Notwasser enthält und durch ein unter Druck stehendes Gas mit Druck beaufschlagt wird, so dass bei einem Stromausfall ein Notwasserstrom durch den offenen Kühlkreislauf (10) in Richtung des Notüberlaufventils (68) entsteht.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

    eine Zusatzwassereinspritzleitung (90) mit einem Zusatzwassereinspritzventil (92), die zwischen dem geschlossenen Kühlkreislauf (10) und dem Druckbehältermittel (34, 34') angeschlossen ist, um so unter Druck stehendes Wasser aus dem Druckbehältermittel (34, 34') als Zusatzwasser in den geschlossenen Kühlkreislauf (10) einspritzen zu können.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:

    eine Gasleitung (42) mit einem Gaszufuhrventil (44, 44'), um ein unter Druck stehendes Gas in das Druckbehältermittel (34, 34') zu leiten;

    eine Zusatzwasserleitung (54) mit einem Zusatzwasserventil, um Zusatzwasser zum Druckbehältermittel (34, 34') zu leiten; und

    eine Entlüftungsleitung (48, 48') mit einem Entlüftungsventil (50, 50'), um Gasdruck aus dem Druckbehältermittel (34, 34') abzulassen.
  4. Kühlsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch:

    ein Sammelbehältermittel (76), das höher als der Druckbehälter angeordnet ist, um das durch das offene Notüberlaufventil (68) fließende Kühlwasser aufzunehmen;

    eine Notwasserrücklaufleitung (70) mit einem Notwasserrücklaufventil (72, 72'), die das Sammelbehältermittel (76) mit dem Druckbehältermittel (34, 34') verbindet.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbehältermittel (34, 34') einen Druckbehälter umfasst, der in einer bestimmten Höhe über dem Boden angeordnet ist.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass:

    das Druckbehältermittel einen ersten Druckbehälter (34) und einen zweiten Druckbehälter (34') umfasst, die parallel an die Notzulaufleitung (36) angeschlossen sind;

    und das Kühlsystem ferner umfasst:

    eine erste Gasleitung (42), die durch ein erstes Gaszufuhrventil (44) mit dem ersten Druckbehälter (34) verbunden ist, um ein unter Druck stehendes Gas in den ersten Druckbehälter (34) zu leiten;

    eine zweite Gasleitung (42'), die durch ein zweites Gasventil mit dem zweiten Druckbehälter (34') verbunden ist, um ein unter Druck stehendes Gas in den zweiten Druckbehälter (34') zu leiten;

    eine erste Entlüftungsleitung (48) mit einem ersten Entlüftungsventil (50), um den ersten Druckbehälter (34) zu entlüften;

    eine zweite Entlüftungsleitung (48') mit einem zweiten Entlüftungsventil (50'), um den zweiten Druckbehälter (34') zu entlüften;

    eine Notwasserrücklaufleitung (70), die das durch das offene Notüberlaufventil (68) fließende Kühlwasser aufnimmt;

    ein erstes Notwasserrücklaufventil (72), das die Notwasserrücklaufleitung (70) mit dem ersten Druckbehälter (34) verbindet;

    ein zweites Notwasserrücklaufventil (72'), das die Notwasserrücklaufleitung (70) mit dem zweiten Druckbehälter (34') verbindet; und

    eine Druckausgleichsleitung (100) mit einem Druckausgleichsventil (102), die zwischen dem ersten Druckbehälter (34) und dem zweiten Druckbehälter (34') angeschlossen ist.
  7. Kühlsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (10) ein Hochofenkühlkreislauf ist, der mindestens einen ersten Unterkreislauf (110) umfasst, der durch mindestens eine Druckerhöhungspumpe (122, 124) mit mindestens einem zweiten Unterkreislauf (112) verbunden ist.
  8. Kühlsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Notumwälzpumpe (28), die von einer Wärmekraftmaschine angetrieben wird, wobei die Notumwälzpumpe (28) bei einem Stromausfall startet.
  9. Kühlsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Expansionsbehälter (20), der mit dem geschlossenen Kühlkreislauf (10) verbunden ist, wobei der geschlossene Expansionsbehälter (20) von einem Gas mit Druck beaufschlagt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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