CN102460051A - 用于冷却冶金炉的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于冷却带有至少一个由冷却介质流过的冷却元件的冶金炉的方法中，包含至少一种离子液体的、优选地由此构成的冷却介质被引导通过冷却元件。由此避免与水冷相联系的问题，如氢气爆炸和炉衬损坏的危险。

Description

用于冷却冶金炉的方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却带有至少一个由冷却介质流过的冷却元件的冶金炉的方法。此外，本发明涉及一种用于冶金炉的冷却循环系统，其具有至少一个带有用于冷却介质的入口和出口的冷却元件、换热器和循环泵(Umwaelzpumpe)。
背景技术
通常，在冶金炉中的冷却元件中使用水作为冷却介质。在现有技术中存在这样的冷却元件的不同的实施方案，其在冷却介质的引导和几何形状方面有区别。冷却元件可被安装在壁处、在壁中或在出料口(Abstichloch)处，其中，炉壁中的冷却元件使得最集中的冷却成为可能。
对于在炉壁中的这些非常有效的冷却元件通常存在两种实施方案，即在炉罩内部带有水流的这样的冷却元件和在炉罩外部带有水流的这样的冷却元件。在炉罩内部带有水流的冷却元件优选地使用在悬浮熔炼炉和电炉中，因为它使得较高的热传递成为可能，而并不(如在炉壳外部带有水流的冷却元件那样)需要在炉罩中的大量开口。
然而，对于在炉罩中带有水流的冷却元件较大的缺点是冷却介质水本身。在冷却元件处的损坏的情况下或者在冷却元件的破裂和与此相联系的水溢出的情况下，水可到达炉中。
通过水与熔融的金属的反应和与此相联系的氢气反应而存在较高的爆炸危险(氢氧爆鸣气反应)，尤其当冷却元件中的缝隙和因此水溢出的地点处于池线(Badlinie)之下时。这些由于与水反应的爆炸可导致炉的损毁。
此外，当使用含MgO的材料(如尤其在非铁金属工业和铁合金工业中所常用的那样)时，水进入到炉中可导致炉衬里(Ofenausmauerung)的耐火材料的较大的问题。在与水接触时，引起方镁石(MgO)至水镁石(Mg(OH)2)的反应(即水合作用)和与此相联系的直至115％的体积增加：
MgO+H2O→Mg(OH)2
该由反应引起的体积增加导致撕裂且在极端情况中直至耐火材料的砂状的分裂(Zerfall)。此外，体积增加引起耐火衬(Feuerfestzustellung)的不受控制的运动，其可能损害炉罩。
另一较大的问题可在加热炉时出现。在此，水(即残余水分)从耐火砖中漏出。为了使含MgO的砖的水合作用的危险(其优选地在大约40至180℃的温度范围中出现)最小化，尽可能快速地经过该温度范围。
然而，在冷却元件附近的区域是关键的。经水冷的冷却元件的温度由于冷却水温度而明显小于(＜100℃)邻近的耐火砖的温度，使得可引起在耐火材料与冷却元件之间水的冷凝。这又导致在该区域中的损坏和水合作用。
发明内容
本发明目的在于避免上面所提及的现有技术的缺点和问题且提出如下目的，即，提供一种用于冷却冶金炉的方法，在其中氢气爆炸和耐火材料损坏的危险被排除。
根据本发明，该目的在先前所提及的类型的方法中由此实现，即，包含至少一种离子液体的、优选地由此构成的冷却介质被引导通过冷却元件。
根据定义，仅包含离子的离子液体是在低于100℃的温度下为液态的盐，在此盐不溶解在溶剂(如水)中。
离子液体包含例如咪唑盐、吡啶盐、吡咯烷盐、胍盐、脲阳离子、硫脲盐、基啶盐、吗啉正离子、氨盐或磷盐作为阳离子(其尤其也可烷基化)，其可与大量不同的阴离子(诸如硫酸盐衍生物、磷酸盐衍生物、卤化物、氟化阴离子(例如四氟硼酸盐、六氟硼酸盐、三氟醋酸盐、三氟磺酸盐或六氟磷酸盐)、磺酸盐、亚磷酸盐或甲苯磺酸盐)相组合。有机的阴离子(如酰亚胺和酰胺)也可形成离子液体。
该化合物族的许多代表物特征在于(即使没有较大的结构优化)相对高的热容量和热存储密度以及较高的热稳定性。此外，离子液体具有可忽略的蒸汽压力或者完全无蒸汽压力。
离子液体被使用作为在化学以及生物方法技术中的溶剂、作为在冷凝器、燃料电池和电池中的电解液或作为用于蓄热的热流体(例如在太阳能设备中)。
在根据本发明的方法中，根据一个优选的设计方案使用在室温与600℃之间、优选地在室温与300℃之间的温度范围中为液态的离子液体。离子液体可被使用在任何类型的冷却元件中，例如在常用的铜冷却元件中。
根据本发明的一个优选的实施形式，离子液体从包含磷、硼、硅和/或金属的化合物中选取。三乙基甲基磷-磷酸二丁酯可被引用为这种离子液体的示例。
该优选的离子液体具有如下优点，即它在热分解(在空气中)时形成非挥发性的、固体的氧化物。由此，离子液体不仅在其分解点之下不可燃，而且它在分解点之上也较难易燃或甚至完全不可燃。
根据本发明的方法的另一优点在于，冷却效果可通过被用作(多个)冷却介质(的组成部分)的离子液体来良好地调整。因此例如可在炉的出料处通过较少的冷却实现较高的温度。由此，例如在铜制造时产生在泡铜(Blisterkupfer)中较小的SO2蒸汽压力和因此还有气体发生的减少。
此外，根据本发明的方法在加热炉时是有利的。因为离子液体也可被加热到＞100℃的温度，因此可能在加热炉时已将冷却元件的温度调整得相应较高。由此在耐火砖与冷却元件之间的区域中不出现水冷凝，且可避免与此相联系的水合作用和炉衬的损坏。
优选地，冷却介质在封闭的冷却循环中被导引。根据该方法的一个优选的设计方案，冷却循环与蒸汽产生相联结。为此，用于散热的冷却介质适宜地被引导通过换热器。
此外，本发明涉及一种用于冶金炉的冷却循环系统，其具有至少一个带有用于冷却介质的入口和出口的冷却元件、换热器和循环泵，该系统特征在于，它包括带有离子液体的冷却介质收集容器。
根据另一方面，本发明涉及离子液体的用于冷却冶金炉的应用，其中，离子液体优选地从包含磷、硼、硅和/或金属的化合物中选取。
附图说明
下面，根据示例和附图对本发明作进一步说明，其中，图1以示意图阐明根据本发明的一个实施形式的冷却循环系统。
具体实施方式
示例：
在实验室标准的冶金炉中熔融了10kg铜。铜熔池的温度为大约1150℃。为了模拟损坏情况和冷却介质从有缺陷的冷却元件中的溢出，细钢管被引入到熔池中且离子液体借助于蠕动泵(Schlauchpumpe)被引入到池之下。2l三乙基甲基磷-磷酸二丁酯被用作离子液体。离子液体的流速为200ml/min。
与剧烈的反应(即在使用水时可预期的熔料的喷出和爆炸)相比，利用离子液体(除了液态的铜的很少的、轻微的喷洒之外)不出现池液运动(Badbewegung)、尤其不出现爆炸。
在图1中示出根据本发明的封闭的冷却循环系统。包含至少一种离子液体的冷却介质经由入口2以温度T1(例如室温直至大约500℃)进入冷却元件1中且流经布置在冷却元件1中的冷却通道，直至它经由出口3以升高了的温度T2(T2＝T1+ΔT；例如ΔT＝0至600℃)又从冷却元件1中离开。在换热器4中，冷却介质又被冷却到对于在冷却元件1中的相应的冷却应用而言所期望的温度T1，其中，所发出的热量ΔT例如可被用于蒸汽产生。为了冷却介质的循环导引，在换热器4之后布置有泵5。此外，在冷却循环中设置有收集容器6(例如在换热器4与泵5之间)，在其中收集包含离子液体的冷却介质且在需要时可从其中取出冷却介质或向它添加冷却介质。

Claims (9)

1.一种用于冷却带有至少一个由冷却介质流过的冷却元件的冶金炉的方法，其特征在于，包含至少一种离子液体的、优选地由此构成的冷却介质被引导通过所述冷却元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用在室温与600℃之间、优选地在室温与300℃之间的温度范围中为液态的离子液体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述离子液体从包含磷、硼、硅和/或金属的化合物中选取。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却介质在封闭的冷却循环中被导引。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却介质为了散热被引导通过优选地用于产生蒸汽的换热器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被用于冷却用于制造铜或铁合金的冶金炉。
7.一种用于冶金炉的冷却循环系统，其具有至少一个带有用于冷却介质的入口(2)和出口(3)的冷却元件(1)、换热器(4)和循环泵(5)，其特征在于，所述冷却循环系统包括带有离子液体的冷却介质收集容器(6)。
8.离子液体的用于冷却冶金炉的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述离子液体从包含磷、硼、硅和/或金属的化合物中选取。
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